Ultrafast visualization of incipient plasticity in dynamically compressed matter

可塑性 材料科学 成核 飞秒 原子单位 皮秒 超短脉冲 晶体塑性 化学物理 激光器 光学 物理 复合材料 热力学 量子力学
作者
Mianzhen Mo,Minxue Tang,Zhijiang Chen,James R. Peterson,Xiaozhe Shen,Jon K. Baldwin,Mungo Frost,Mike Kozina,Alexander H. Reid,Yongqiang Wang,E Juncheng,Adrien Descamps,Benjamin K. Ofori-Okai,Renkai Li,Sheng‐Nian Luo,Xijie Wang,S. H. Glenzer
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 1055-1055 被引量:22
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28684-z
摘要

Abstract Plasticity is ubiquitous and plays a critical role in material deformation and damage; it inherently involves the atomistic length scale and picosecond time scale. A fundamental understanding of the elastic-plastic deformation transition, in particular, incipient plasticity, has been a grand challenge in high-pressure and high-strain-rate environments, impeded largely by experimental limitations on spatial and temporal resolution. Here, we report femtosecond MeV electron diffraction measurements visualizing the three-dimensional (3D) response of single-crystal aluminum to the ultrafast laser-induced compression. We capture lattice transitioning from a purely elastic to a plastically relaxed state within 5 ps, after reaching an elastic limit of ~25 GPa. Our results allow the direct determination of dislocation nucleation and transport that constitute the underlying defect kinetics of incipient plasticity. Large-scale molecular dynamics simulations show good agreement with the experiment and provide an atomic-level description of the dislocation-mediated plasticity.
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