حلقات راقصة: كيف تتحرك العيوب في النيكل المشعع
البلورة النيكل المشععة بالأيونات تشبه قاعة حفل تركت فيها كراسي إضافية بعد انتهاء الحفل. هذه الكراسي هي ذرات حشرت بين مواقع الشبكة البلورية. في البداية تتجمع في عناقيد، ثم تصطف في حلقات: بعض الحلقات تبقى ثابتة على الأرض، بينما تتدحرج أخرى عبر القاعة كالأطواق. السؤال عن سبب تدحرج بعضها دون غيرها ظل يؤرق علماء المواد لفترة طويلة.
لفهم ذلك، بنى العلماء في الحاسوب بلورات نيكل مثالية وأدخلوا فيها يدويًا مستويات ذرية زائدة. ثم سخنوا هذه البلورات ولاحظوا كيف تغير الحلقات شكلها وموقعها. اتضح أن الحلقة المتحركة لا تتحرك ككل، بل كسباق تتابع: في كل خطوة يشارك جزء فقط من صفوف الذرات، ويزداد عدد المشاركين مع حجم الحلقة. لذلك تتحرك الحلقات الكبيرة أبطأ، رغم أن حاجز الحركة لها هو نفسه.
لكن في البلورة الحقيقية، تعلق الحلقات. في رقاقة نيكل رقيقة مشععة بأيونات الغاليوم، قفزت الحلقات بين مصائد عرضها حوالي 5 نانومتر. كانت سرعتها أقل بملايين المرات مما يتوقعه الحساب لحلقة حرة. هذا يعني أن الشوائب والاجهادات الموضعية تلعب الدور الرئيسي، وليس خصائص الحلقة نفسها. الآن يمكن استخدام معاملات حركة الحلقات في نماذج تتنبأ بسلوك المعدن داخل المفاعلات النووية.
يمكن للحلقات المكونة من ذرات بينية في النيكل أن تتحرك بسرعة تصل إلى 4000 نانومتر/ثانية، وهو ما يعادل قطع قطر شعرة الإنسان في ربع ثانية، لكنها في بلورة بها شوائب تعلق في مكانها، محدثة اهتزازات فقط في مصيدة بعرض 5 نانومتر.