材料が力学的に破壊されるときに原子レベルで何が起こっているか、については透過電子顕微鏡(TEM)の試料をピエゾ素子を使って動かして破壊を起こしながら観察するという手法が1990年代から行われています。動画がなかなかないのですが、下記の論文に水素脆化した鉄の破壊の様子がMovie 1,2として載っています。今年発表されたマックスプランク鉄研究所と九州大学の共同研究です。おそらくタダで読めると思います。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013225001100
TEMの試料は厚さ100Å程度に薄く加工しなければならないので、ナノワイヤ―などではない普通の材料は試料調製がかなり手間ですが、最近は収束イオンビームなどの加工法が発達したのでいろいろできるようになっています(加工装置は1億円など高価です)。
通常の金属は10μm程度の結晶が集合した多結晶体で、TEMで結晶方位はわかりますから、どういう角度でくっついた結晶がはがれやすいかとか、どういう結晶方位の方向にずれやすいか、などいろいろな原子レベルの情報がわかってきています。
破壊というとガラスや瀬戸物を思い浮かべます。瀬戸物(セラミックス)は多結晶ですがガラスはアモルファスです。セラミックスの破壊の研究はぽつぽつありますが、アモルファスの破壊の原子レベルのメカニズムの研究ははまだアモルファス金属に限られているようです。明日、別の手法を紹介するときに調べてみましょう。
英語は https://www.gatan.com/techniques/situ から。GATANは電子顕微鏡の附属機器のメーカーです。
”In-situ transmission electron microscopy (TEM) combines the image formation capabilities of the TEM with the applications of one or more external stimuli to observe real-time sample dynamics.”
stimuli ス「ティ」ミュらイ は stimulus の複数形
“Historically, movies of various reactions and system kinetics were recorded on videotape. With the advent of screen capture programs, this process improved, allowing low-resolution, qualitative video capture to visualize what is happening at speeds up to video frame rates, e.g., 30 frames per second (fps).”
with the advent of … ~の登場とともに advent 「ア」ドヴェント はクリスマス前の advent calenderのadventで、「降臨」が元の意味です。
“The most advanced in-situ cameras from Gatan offer unprecedented resolution in both time and space, with sub-ms time resolution. This capability allows researchers to study reactions that were previously too fast to capture and resolve previously unknown dynamics.”
unprecedented アンプレ「スィ」デンテッド 前例のない
resolution 分解能
“Low-dose TEM imaging enabled the observation of this beam-induced dendritic growth of Cu. A dose rate of just 1 e-/Å2/s resulted in a growth rate of approximately 10 nm/s.”
low-dose 「ド」ウズ 照射量
dendritic growth デンド「リ」ティック < dendrite 「デ」ンドライト 樹状の
1e-/A2/s は多いような気がしますが、この照射量で画像が撮れるカメラというのもすごいと思います。 TEMの電子ビームで銅イオンが還元されて金属銅が樹状に成長していく様子が見えています。