日前，中國科學院力學研究所、上海交通大學和浙江大學的團隊在晶體材料中的基本缺陷——螺位錯在變形過程中的超聲速現象研究方面獲得進展。他們發現面心立方晶體材料中的螺位錯不僅能超聲速，並能穩定地以聲速運動。相關結果以Supersonic Screw Dislocation Gliding at the Shear Wave Speed 為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters 122,045501(2019)）上。
金屬晶體的強度跟韌性很大程度上取決於位錯的運動性質，特別是螺位錯在材料的強度和變形能力中扮演重要角色。然而位錯的速度極限和確切的速度–應力關係尚不明確。傳統理論認為位錯超聲速運動所需能量具有奇異性，儘管後續的理論和模擬研究都表明位錯可以超聲速運動，但這些研究集中於刃位錯。該團隊利用分子尺度計算和理論分析，發現銅晶體中的螺型全位錯和螺型孿晶界不全位錯都能穩定地以聲速滑移，並都能超聲速運動(超過三個各向異性剪切波速，如下圖中的三個馬赫錐所示)。由於螺位錯運動過程存在結構不穩定性，超聲速螺位錯還是首次被模擬發現。同時，他們的工作表明，位錯的運動還與非施密特應力(不貢獻分解剪應力RSS)有關，與傳統施密特原理相悖。這項研究推翻了傳統連續介質力學中對超聲速位錯的認知，確認了超聲速螺位錯的存在。該研究結果為晶體材料的動態力學行為，以及孿晶界面的位錯運動提供了更深入的理解。
力學所博士彭神佑為論文第一作者，研究員魏宇傑為通訊作者。論文作者還包括上海交大教授金朝暉、中科院院士楊衛。該項目得到國家自然科學基金(Grants NO.11425211和NO.11790291)和中科院戰略性先導科技專項(XDB22020200)的支持，計算模擬得到中科院超級計算中心支持。
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