近日，大阪大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)有了一項(xiàng)驚人發(fā)現(xiàn)！他們找到了晶體材料中原子位錯(cuò)產(chǎn)生的應(yīng)變方程，與電磁學(xué)中一個(gè)經(jīng)典公式之間的神秘聯(lián)系，這一成果很可能推動(dòng)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究大步向前。

在物理學(xué)的探索之路上，科學(xué)家們一直追求用最少的基本原理，解釋五花八門的自然現(xiàn)象。神奇的是，很多表面上毫無關(guān)聯(lián)的問題，背后卻有著相同的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。就好比描述熱流的方程，和模擬粒子擴(kuò)散的方程長得很像；波動(dòng)方程既能解釋水波蕩漾，也能說明聲音如何傳播。這些聯(lián)系，反映出物理規(guī)律在不同系統(tǒng)中普遍存在的“通用性”。

此次，大阪大學(xué)的研究人員在《皇家學(xué)會(huì)開放科學(xué)》雜志上發(fā)表了研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，用卡爾丹第一結(jié)構(gòu)方程來描述晶體晶格缺陷時(shí)，晶格位錯(cuò)周圍產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)，居然和大家熟悉的畢奧-薩伐爾定律遵循同樣的規(guī)律。卡爾丹第一結(jié)構(gòu)方程描述的內(nèi)容復(fù)雜又抽象，理解起來很困難，而畢奧-薩伐爾定律講的是電流如何產(chǎn)生磁場(chǎng)，在解釋電動(dòng)機(jī)等現(xiàn)代設(shè)備原理時(shí)，起著關(guān)鍵作用。

研究的第一作者小林俊介解釋說：“在新興科學(xué)領(lǐng)域，探索這種通用關(guān)系意義重大。尤其是當(dāng)相關(guān)方程剛建立，人們還不太清楚其解的特性時(shí)，這種探索能帶來新突破。” 畢奧-薩伐爾定律表明，電流通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)在周圍產(chǎn)生像漩渦一樣扭轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)矢量。同樣，晶體晶格中某些類型的原子位錯(cuò)，也會(huì)在周圍原子中引起應(yīng)變矢量場(chǎng)。

該研究的資深作者樽見龍一指出：“有了電磁學(xué)里類似的畢奧-薩伐爾定律，以后就不用再對(duì)著復(fù)雜難懂的卡爾丹結(jié)構(gòu)方程發(fā)愁了，可以直接分析位錯(cuò)產(chǎn)生的影響。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有望成為描述晶體材料塑性變形的基礎(chǔ)理論，為材料科學(xué)的廣泛應(yīng)用開辟新道路。” 研究人員還認(rèn)為，跨領(lǐng)域?qū)ふ疫@類聯(lián)系，說不定能催生出更多新發(fā)現(xiàn)。

這項(xiàng)研究由日本學(xué)術(shù)振興會(huì)和日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)資助。未來，隨著研究的深入，或許還會(huì)有更多驚喜等待著我們。

參考資料：DOI： 10.1098/rsos.241568