اكتشف باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن المعادن تحتفظ بأنماط ذرية دقيقة حتى بعد عمليات التصنيع القياسية، مما يتحدى الافتراضات المتجذرة منذ زمن طويل. هذه الأنماط، المدفوعة بانزلاقات مجهرية، يمكن أن تمكن المهندسين من تخصيص خصائص المواد لتطبيقات صعبة. الاكتشاف، المنشور في Nature Communications، يكشف عن مبدأ فيزيائي جديد في علم المعادن.
لسنوات، اعتقد العلماء أن الأنماط الذرية في سبائك المعادن تختفي أثناء التصنيع، تاركة الذرات في حالة عشوائية. ومع ذلك، أظهر باحثو MIT أن هذه الترتيبات الكيميائية الدقيقة تستمر، مما يؤثر على خصائص رئيسية مثل القوة والمتانة ومقاومة الحرارة وتحمل الإشعاع.
الفريق، بقيادة رودريغو فريتاس، أستاذ مساعد TDK في قسم علم وهندسة المواد في MIT، استخدم محاكيات تعلم آلي متقدمة لنمذجة سلوك الذرات أثناء معالجة المعادن. قاموا بمحاكاة التشوه والتسخين —خطوات شائعة في التصنيع— ورصدوا كيفية إعادة ترتيب الذرات. بشكل مفاجئ، لم تصل المعادن أبدًا إلى عشوائية كاملة.
«الخلاصة هي: لا يمكنك أبدًا عشوائية الذرات تمامًا في معدن. لا يهم كيف تعالجه»، يشرح فريتاس. «هذا هو الورقة الأولى التي تظهر هذه الحالات غير التوازنية التي تُحتفظ بها في المعدن».
حدد الدراسة أن هذه الأنماط تنبع من الانزلاقات، وهي تشوهات غير منتظمة في الشبكة الذرية. أثناء التشوه، توجه الانزلاقات الذرات إلى مواقع مفضلة من خلال تفضيل مسارات طاقة منخفضة، مما يخلق حالات مستقرة 'بعيدة عن التوازن'. ساهم المؤلفون الأوائل محمود الإسلام وييفان كاو وكيليان شيريف في النماذج عالية الدقة والمحاكيات واسعة النطاق.
نُشر في Nature Communications (2025؛ 16(1)، DOI: 10.1038/s41467-025-64733-z)، دعم العمل برنامج المحققين الشباب في مكتب البحث العلمي للقوات الجوية الأمريكية، وMathWorks، وبرنامج MIT-البرتغال. يشير فريتاس إلى التأثيرات المحتملة على التحفيز الكيميائي والكهروكيمياء وأضرار الإشعاع في المفاعلات النووية.
«كان الباحثون ينظرون في الطرق التي تغير بها هذه الترتيبات الذرية خصائص المعادن —واحدة كبيرة هي التحفيز الكيميائي»، يقول فريتاس. يمكن أن تمتد التطبيقات إلى سبائك الفضاء الجوي، حيث يُعد فهم إعادة ترتيب الذرات مفتاحًا لتوازن القوة والكثافة المنخفضة.