Una particolare tecnica a raggi X ha permesso agli scienziati di filmare la propagazione delle onde sonore in un cristallo di diamante. Primi a livello mondiale, i risultati aprono la strada all’imaging ultraveloce di materiali solidi come metalli, ceramica, roccia e ossa.
Un recente articolo sulla rivista PNAS illustra il successo di scienziati danesi e americani nel catturare proprio questo: le onde sonore che viaggiano attraverso un campione di diamante di 1 mm.
Per modellare materiali solidi come metalli, ceramica, roccia e ossa, notoriamente difficili da modellare, gli scienziati hanno utilizzato i raggi X altamente specializzati arrivando a caratterizzare materiali con una risoluzione di soli 100 nanometri, più di 500 volte più piccoli di un capello umano.
“Vogliamo vedere questi cambiamenti in 3D, ma fino ad ora non è stato possibile farlo abbastanza velocemente o senza danneggiare i cristalli. La nostra nuova tecnologia può farlo più velocemente e in modo non invasivo e funzionerà per molti cristalli”, spiega l’autore dello studio, il professor Henning Friis Poulsen della DTU Physics.
- Immagine al microscopio delle onde sonore che si muovono attraverso un cristallo di diamante. Foto: DTU fisica.
Il coautore Theodor S. Holstad spiega: “Con questa configurazione, possiamo studiare un’ampia gamma di fenomeni strutturali ultraveloci che finora erano fuori dalla portata della scienza. Visualizzare i processi strutturali su una scala temporale inferiore a un microsecondo è rilevante per la fisica dello stato solido e la scienza dei materiali. Infine, potrebbe essere utile nel campo della geoscienza testare modelli sismologici su come il suono viaggia nei materiali planetari”.
I risultati identificano un modo per vedere cambiamenti superveloci nei materiali senza danneggiarli. Prima di questa scoperta, gli strumenti utilizzati dai ricercatori erano troppo lenti per vedere questi cambiamenti. Questo è importante perché molte cose, come il modo in cui il calore si muove o il modo in cui si diffondono le onde sonore, dipendono da questi rapidi cambiamenti.
Le implicazioni di questa scoperta si estendono a varie discipline, dalla scienza dei materiali alla fisica, a campi come la geologia e l’industria manifatturiera. Comprendendo i cambiamenti a livello atomico che portano a eventi osservabili più ampi nei materiali, gli scienziati possono ottenere un quadro più chiaro delle trasformazioni, dei processi di fusione e delle reazioni chimiche nei materiali.
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