Ricercatori di Berkeley, Oxford e istituzioni partner riferiscono su Nature che due leghe niobio-titanio hanno resistito alla frattura a 20 kelvin grazie alla geminazione su scala nanometrica, un'indicazione per i materiali del freddo estremo.

Ricercatori dell'Università della California a Berkeley, del Lawrence Berkeley National Laboratory e dell'Università di Oxford riferiscono che due leghe metalliche sperimentali sono rimaste notevolmente tolleranti al danno a 20 kelvin, cioè -253 °C (-424 °F), una temperatura alla quale metalli comparabili diventano normalmente fragili. Lo studio, pubblicato il 14 ottobre su Nature, riguarda i metalli cubici a corpo centrato, una famiglia che comprende ferro, tungsteno e cromo ed è nota per la transizione da duttile a fragile al freddo estremo. Secondo il gruppo, nessuna delle due leghe, entrambe di niobio e titanio, ha mostrato uno spostamento misurabile verso un comportamento fragile alla temperatura più bassa testata.

I ricercatori attribuiscono il risultato a un diverso modo di gestire lo sforzo. Di solito questi metalli si deformano grazie al movimento di difetti cristallini chiamati dislocazioni, ma al calo della temperatura le dislocazioni si muovono con maggiore difficoltà, così una piccola cricca può propagarsi e causare la rottura. Nelle nuove leghe il gruppo ha osservato una geminazione su scala nanometrica, in cui piccole regioni del cristallo si riordinano in configurazioni speculari insieme a un cambiamento locale della struttura cristallina. Quando queste regioni incontrano i bordi tra cristalli vicini concentrano lo sforzo e generano nuove dislocazioni, offrendo al metallo altre vie per deformarsi invece di spezzarsi. Gli esperimenti hanno usato raffreddamento a elio e un fascio di neutroni presso l'ISIS Neutron and Muon Source nell'Oxfordshire mentre i campioni venivano stirati, seguiti da microscopia elettronica, analisi con sonda atomica e modellazione al computer.

Gli autori sostengono che il risultato cambi il modo di intendere la fragilità di questi metalli: la capacità di creare nuove dislocazioni alle interfacce potrebbe contare quanto la facilità di movimento di quelle esistenti. Suggeriscono che indichi una strada per progettare metalli strutturali per condizioni criogeniche, con possibile rilevanza per sistemi energetici, trasporti e aerospazio. I risultati derivano da test di laboratorio su due leghe sperimentali e il resoconto si basa su un comunicato universitario diffuso da ScienceDaily, non su una lettura indipendente dell'articolo; non è quindi ancora chiaro con quanta facilità l'approccio potrà tradursi in materiali commerciali.