«Странная или необычная структура и поведение материала делают его полезным для технологического применения», — сказал главный исследователь лаборатории Эймса Дуэйн Джонсон. «Таким образом, возникает вопрос: как мы обнаруживаем эти необычные структуры и поведения? Как мы точно понимаем, как они происходят? Еще лучше, как мы их контролируем, чтобы мы могли их использовать?»Ответ заключается в полном понимании того, что ученые называют фазовыми превращениями твердого тела в твердое, то есть изменениями структуры одной твердой фазы в другую под действием напряжения, тепла, магнитного поля или других полей.
Школьники узнают, например, что вода (жидкая фаза) превращается при нагревании в пар (газовая фаза). Но твердое тело, такое как металлический сплав, может иметь различные структуры, демонстрирующие порядок или беспорядок в зависимости от изменений температуры и давления, при этом оставаться твердым и отображать ключевые изменения в свойствах, таких как память формы, магнетизм или преобразование энергии.
«Эти преобразования твердого тела в твердое являются причиной многих специальных функций, которые нам нравятся и которые нам нужны в материалах», — объяснил Джонсон, возглавляющий проект Mapping and Manipulating Materials Phase Transformation Pathways. «Они стоят за вещами, которые нам уже знакомы, такими как расширяемые стенты, используемые в кардиохирургии, и сгибаемые оправы для очков; но они также используются для использования, которое мы все еще изучаем, например, технологий сбора энергии и магнитного охлаждения».Компьютерные коды — это усовершенствование и адаптация нового и существующего программного обеспечения, разработкой которого занимается Джонсон.
Один из таких программ, называемый MECCA (Код электронной структуры многократного рассеяния для сложных сплавов), уникально разработан для решения сложной проблемы анализа и прогнозирования атомных структурных изменений и поведения твердых тел, когда они претерпевают фазовые превращения, и выявления причин их возникновения. что они делают, чтобы разрешить его контроль.Программа будет способствовать другим текущим проектам исследования материалов в лаборатории Эймса, в том числе проектам с экспериментаторами, которые ищут новые магнитные и высокоэнтропийные сплавы, термоэлектрики, редкоземельные магниты и сверхпроводники на основе арсенида железа.
«Этот теоретический метод станет ключевым инструментом, который направит экспериментаторов к композициям, которые, скорее всего, обладают уникальными возможностями, и научит их манипулировать и контролировать для новых приложений», — сказал Джонсон.