Ученые научились менять структуру одного из самых тугоплавких металлов при комнатной температуре

Инженеры Хайфского Техниона с коллегами показали, что структуру тугоплавкого молибдена можно менять при комнатной температуре с помощью алмазной иглы.

Молибден плавится только при температуре выше 2600 °C, поэтому из него делают детали ядерных реакторов, лопатки турбин реактивных двигателей и сопла ракет. Менять его строение удавалось лишь сильным нагревом, но теперь исследователи нашли другой путь. Работа опубликована в журнале PNAS.

Под микроскопом видно, что металл состоит из множества мелких кристаллических зерен. От их формы, размера и ориентации зависят прочность и пластичность материала. Чтобы зерна молибдена перестроились (перекристаллизовались), его нагревают примерно до 1000 °C.

Ученые обнаружили иной механизм, вызванный механическим напряжением. Эксперименты и моделирование показали, что перекристаллизацию можно запустить при комнатной температуре специальным прибором с алмазным острием, которым обычно проверяют свойства материалов. Острие вдавливают в металл на несколько нанометров. При небольшом усилии возникает огромное давление, и наконечник резким скачком уходит вглубь. Именно в момент кристаллические зерна металла перестраиваются. Если продолжать давить, восстанавливается первоначальная структура, поэтому остановиться надо сразу после скачка.

Новым методом можно без нагрева исправить дефект на отдельном участке образца, не затрагивая остальную его часть. "Сейчас, чтобы восстановить поврежденный образец или сформировать в нем новые зерна, его целиком нагревают до 1000 °C и выше. Мы показали, что этого не требуется. Нужно лишь знать, куда и с какой силой ввести алмазную иглу, и когда остановиться", – говорит соавтор работы Афнан Мостафа.

Метод можно использовать в микроэлектронике. Производители чипов получают неожиданную возможность заменить медь молибденом в тончайших проводниках микросхем: на наномасштабе сопротивление меди растет, а у молибдена – нет. Управление его структурой без нагрева может открыть для новые применения металла.