Az MIT kutatócsoportja megállapította, hogy vannak régóta ismert fontos anyagok, amelyek nemcsak sokkal merevebbé válnak a fény hatására, hanem a hatás visszafordítható, ha a fényt kikapcsolják. A mérnökök azt is elmagyarázzák, hogy mi történik atomi szinten, és megmutatták, hogy a hatás hogyan hangolható az anyagok bizonyos módon történő előállításával - bizonyos hibák beiktatásával -, valamint különböző színű és intenzitású fény használatával. A munkáról a Physical Review Letters folyóiratban számoltak be a kutatók.
"Izgatottak vagyunk az eredmények miatt, mert új tudományos irányt fedeztünk fel egy egyébként nagyon jól bejáratott területen. Ráadásul azt találtuk, hogy a jelenség sok más vegyületben is jelen lehet" - mondta Rafael Jaramillo, az MIT docense, a csoport vezetője.
Ju Li, a munkában részt vevő másik MIT-kutató elmondta: "Nagyon meglepő, hogy a hibák ilyen nagy hatással vannak a rugalmas válaszra, ami számos alkalmazás előtt nyitja meg az utat. A számítások segítségével még sok ilyen anyagot szűrhetünk ki."
Jaramillo úgy emlékszik, hogy érdekelte egy 2018-as Science-ben megjelent cikk, amely bemutatta, hogy egy cink-szulfidból készült félvezető hogyan válik törékenyebbé, ha fény hatásának van kitéve. "Amikor a kutatók fénnyel világították meg, úgy viselkedett, mint egy keksz. Összetört. Amikor kikapcsolták a fényt, inkább úgy viselkedett, mint egy gumimaci, és össze lehetett nyomni anélkül, hogy darabokra tört volna" - jegyezte meg.
Útközben a csapat nemcsak reprodukálta a Science munkáját, hanem azt is kimutatta, hogy a félvezetők fény hatására megváltozott a rugalmassága, a mechanikai merevség egy formája.
"Gondoljunk csak egy pattogó labdára. Azért pattog, mert rugalmas. Amikor a földre dobjuk, deformálódik, de aztán azonnal visszahajlik (ezért pattog). Amit felfedeztünk, és ami tényleg nagyon meglepő volt, az az, hogy a félvezetők rugalmas tulajdonságai megvilágítás hatására óriási változásokon mehetnek keresztül, és hogy ezek a változások visszafordíthatók, amikor a fényt kikapcsoljuk" - mondta Jaramillo.
A mostani munkában a csapat különböző kísérleteket végzett cink-szulfiddal és két másik félvezetővel, amelyekben egy érzékeny technikával, az úgynevezett nanoindentációval mérték az anyagok merevségét különböző körülmények, például eltérő fényintenzitás mellett. Ennél a technikánál egy gyémántcsúcsot mozgatnak az anyag felületén, és rögzítik, hogy mekkora erő szükséges ahhoz, hogy a tűt a felület legfelső 100 nanométerébe, azaz a méter milliárdod részébe nyomják.
Számítógépes szimulációkat is végeztek arról, hogy mi történhet az atomi léptékben, és lassan kialakítottak egy elméletet arra, hogy mi is történik. Felfedezték, hogy az anyagok hibái, vagyis a hiányzó atomok jelentős szerepet játszanak az anyagok fényre adott mechanikai reakciójában.
"Az üres helyek miatt az anyag kristályrácsa lágyul, mert az atomok egy része távolabb van egymástól. Gondoljunk csak a metrókocsiban ülő emberekre. Könnyebb több embert bepréselni, ha nagyobb a távolság közöttük. Megvilágítás hatására a jelenlévő atomok gerjednek és taszítóbbá válnak. Olyan, mintha azok az emberek a metrókocsiban hirtelen táncolni és dobálózni kezdenének" - mondta Jaramillo. Az eredmény az, hogy az atomok erősebben ellenállnak annak, hogy szorosabban egymás mellé kerüljenek, és az anyag mechanikailag merevebbé válik.
A csapat hamar rájött, hogy ezt a merevséget a fény intenzitásának és színének változtatásával, valamint az anyagokba beépített speciális hibákkal tudják beállítani. "Jó, ha valamit a hibamérnökségre tudunk visszavezetni, mert akkor az anyagtudósok egyik fő kompetenciájához csatlakozhatunk, ami a hibák szabályozása. Mi nagyjából ebből élünk" - jegyzete meg Jaramillo a TechXplore szerint.
