Forskare vid MIT har upptäckt att metaller behåller subtila atommönster även efter standardtillverkningsprocesser, vilket utmanar länge hållna antaganden. Dessa mönster, drivna av mikroskopiska dislokationer, kan göra det möjligt för ingenjörer att anpassa materialegenskaper för krävande tillämpningar. Upptäckten, publicerad i Nature Communications, avslöjar en ny fysikalisk princip inom metallurgi.
I åratal har forskare trott att atommönster i metalllegeringar försvinner under tillverkning och lämnar atomerna i ett slumpmässigt tillstånd. Men forskare vid MIT har visat att dessa subtila kemiska arrangemang kvarstår och påverkar nyckelegenskaper som styrka, hållbarhet, värmetålighet och strålningstålighet.
Teamet, ledd av Rodrigo Freitas, TDK-assisterande professor vid MIT:s avdelning för materialvetenskap och teknik, använde avancerade maskininlärningssimuleringar för att modellera atomers beteende under metallbearbetning. De simulerade deformation och uppvärmning – vanliga steg i tillverkning – och spårade hur atomerna omarrangerades. Överraskande nog nådde metallerna aldrig fullständig slumpmässighet.
«Slutsatsen är: Du kan aldrig helt slumpa atomerna i en metall. Det spelar ingen roll hur du bearbetar den», förklarar Freitas. «Detta är den första artikeln som visar dessa icke-jämviktstillstånd som bevaras i metallen.»
Studien identifierade att dessa mönster härrör från dislokationer, oregelbundna förvrängningar i det atomiska gallret. Under deformation leder dislokationerna atomerna till föredragna positioner genom att gynna lågenergivägar och skapar stabila 'långt-från-jämviktstillstånd'. Medförsta författarna Mahmudul Islam, Yifan Cao och Killian Sheriff bidrog med högprecisionsmodeller och storskaliga simuleringar.
Publicerad i Nature Communications (2025; 16(1), DOI: 10.1038/s41467-025-64733-z), stöddes arbetet av U.S. Air Force Office of Scientific Research's Young Investigator Program, MathWorks och MIT-Portugal Program. Freitas noterar potentiella effekter på katalys, elektrokemi och strålningsskador i kärnreaktorer.
«Forskare har undersökt hur dessa atomarrangemang förändrar metallers egenskaper – en stor är katalys», säger Freitas. Tillämpningar kan sträcka sig till rymdfartlegeringar, där förståelse av atomomflyttning är nyckeln till att balansera styrka och låg densitet.