Medición in situ por difracción de rayos X de las ondas de choque y de la dinámica de las redes

Área de la Ciencia:

• Física del estado sólido
• Ciencias de los materiales
• Física de altas presiones

Sus antecedentes:

• Las ondas de choque inducen deformaciones y defectos extremos en los materiales, críticos para comprender los fenómenos desde la formación planetaria hasta el rendimiento del material.
• Distinguir entre el hermanamiento y el deslizamiento, los mecanismos primarios de deformación plástica, bajo compresión de choque ha sido experimentalmente desafiante.
• Los métodos anteriores estaban limitados por artefactos de recocido post-choque y rangos de presión modestos, lo que dificultaba el análisis detallado de los mecanismos de deformación competidores.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar una técnica de difracción de rayos X in situ con resolución de femtosegundos para la captura de procesos microestructurales a nivel de celosía durante la compresión por choque.
• Investigar los mecanismos de deformación dominantes en el tántalo bajo carga de choque, resolviendo hallazgos anteriores contradictorios.
• Proporcionar información sobre el comportamiento de los materiales a presiones extremas inaccesibles para los experimentos de recuperación.

Principales métodos:

• Utilizó experimentos de difracción de rayos X con resolución de femtosegundos para sondear cambios microstruturales dinámicos a nivel de celosía.
• El material cúbico de tantalio centrado en el cuerpo, comprimido por choque, elegido por su alta impedancia de choque y opacidad de rayos X.
• Se analizan datos in situ para observar los procesos microstruturales y la dinámica de la celosía durante la propagación de las ondas de choque.

Principales resultados:

• El hermanamiento observado y la rotación de la celosía asociada en tantalio que ocurre en la escala de tiempo de decenas de picosegundos.
• Se identificó una transición dependiente de la presión en los mecanismos de deformación, con el deslizamiento de la dislocación que se vuelve dominante sobre el hermanamiento a presiones superiores a 150 gigapascales.
• Demostró la capacidad de la técnica para acceder a la física de la deformación en un régimen de presión no alcanzable por los experimentos de recuperación tradicionales.

Conclusiones:

• La difracción de rayos X de resolución de femtosegundos proporciona una visión in situ y a nivel de celosía sin precedentes de la plasticidad inducida por el choque.
• El estudio resuelve datos contradictorios sobre la deformación del tántalo, revelando una transición del hermanamiento a la plasticidad dominada por el deslizamiento a altas presiones.
• Esta técnica avanzada es ampliamente aplicable al estudio de ondas de choque, fenómenos de alta tasa de deformación y procesos inducidos por la plasticidad en diversos materiales.