Исследователи из Беркли, Оксфорда и партнёрских институтов сообщают в Nature, что два сплава ниобия и титана выдержали 20 кельвинов без разрушения благодаря наномасштабному двойникованию, что может помочь в создании материалов для экстремального холода.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Оксфордского университета сообщают, что два экспериментальных металлических сплава сохранили заметную устойчивость к повреждениям при 20 кельвинах, то есть -253 °C (-424 °F) — при температуре, при которой сопоставимые металлы обычно становятся хрупкими. Исследование, опубликованное 14 октября в Nature, посвящено объёмноцентрированным кубическим металлам — семейству, в которое входят железо, вольфрам и хром и которое известно переходом от вязкого к хрупкому поведению в сильный холод. По словам команды, ни один из двух сплавов, оба из ниобия и титана, не показал измеримого сдвига к хрупкому поведению при самой низкой испытанной температуре.

Объяснение учёные видят в ином способе справляться с напряжением. Обычно эти металлы деформируются за счёт движения кристаллических дефектов — дислокаций, но при понижении температуры их труднее сдвинуть, и небольшая трещина может распространиться и привести к разрушению. В новых сплавах команда наблюдала наномасштабное двойникование: небольшие области кристалла перестраиваются в зеркально симметричные структуры, а кристаллическая структура локально меняется. Когда эти области достигают границ соседних кристаллов, они концентрируют напряжение и порождают новые дислокации, давая металлу дополнительные способы деформироваться вместо растрескивания. В экспериментах образцы растягивали при охлаждении гелием, используя пучок нейтронов на источнике нейтронов и мюонов ISIS в Оксфордшире, затем проводили электронную микроскопию, атомно-зондовый анализ и компьютерное моделирование.

Авторы утверждают, что результат меняет представление о хрупкости этих металлов: способность создавать новые дислокации на границах может быть так же важна, как лёгкость движения существующих. По их мнению, это открывает путь к проектированию конструкционных металлов для криогенных условий, возможно значимых для энергетики, транспорта и аэрокосмической отрасли. Результаты получены в лабораторных испытаниях двух экспериментальных сплавов, а данный материал опирается на пресс-релиз университета, распространённый через ScienceDaily, а не на самостоятельное прочтение статьи, поэтому пока неясно, насколько легко подход удастся перенести в коммерческие материалы.