Международная группа ученых, включая специалистов из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Оксфордского университета, обнаружила два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана. Материалы сохраняют высокую устойчивость к трещинам при температуре 20 Кельвинов, что соответствует минус 253 градусам Цельсия.
Испытания проводились на установке Engin-X в центре ISIS в Великобритании. Образцы охлаждали гелием и подвергали двустороннему растяжению под воздействием нейтронного излучения. Ученые измеряли предельную нагрузку и степень деформации металлов перед разрушением, не зафиксировав признаков охрупчивания при минимальных температурах.
Анализ под электронным микроскопом показал, что прочность сплавов обеспечивается формированием нанодвойников. В структуре кристаллов возникают зеркально-симметричные области, которые провоцируют появление новых дефектов. Это позволяет материалу продолжать пластическую деформацию и поглощать напряжение вместо того, чтобы трескаться.
Механизм сравнили с работой транспортной сети: когда стандартные пути деформации блокируются холодом, нанодвойникование создает новые каналы для распределения нагрузки. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, опровергают теорию о неизбежном охрупчивании металлов с объемно-центрированной кубической решеткой при сверхнизких температурах.
Открытие может быть применено при создании компонентов для термоядерных реакторов, систем хранения жидкого водорода, оборудования для квантовых вычислений и космических аппаратов. В дальнейшем исследователи планируют проверить, применим ли этот механизм к другим металлическим системам для разработки материалов, работающих в экстремальных условиях.
