了解“噼啪声”现象是如何在微观尺度上发生的，可能会对材料科学和医学的新研究产生影响。

来自悉尼新南威尔士大学和剑桥大学的科学家们使用了一种新颖的方法来聆听原子在压力下运动的声音——这种现象被称为“噼啪声”。

这些原子运动发生在雪崩中——它们类似于雪崩，但由原子组成——并遵循非常明确的统计规则。

噼啪声每天都可以观察到，从揉纸和糖果包装，到你的麦片的噼啪声，以及在自然事件中，如地震。

在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，来自材料科学与工程学院的Jan Seidel教授和他的实验室能够在持续8个多小时的实验中记录几百个原子的噼啪声。

劈裂噪声的研究不仅在基础研究领域具有广泛的意义，而且具有广泛的实际应用。

Seidel教授说:“我们从微观尺度的噼啪声研究中学到的东西可能会应用于从采矿到医学，从神经科学到材料科学等一系列不同领域的噼啪声研究。”“这意味着，在实验室中以这种方式研究原子，可以获得关于不同背景下的噼啪声的新信息。”

100多年前，人们通过聆听磁铁磁化强度的变化发现了噼啪声。Seidel教授说:“作为一个宏观的例子，材料中原子在外力作用下的运动产生了噪音，就像一扇吱吱作响的门。”

从雪崩到原子，同样的噼啪声发生在非常不同的尺度上，通过遵循特定的数学描述和幂律可以很容易地分类。“这些原子运动在雪崩中发生，遵循非常明确的统计规则，”塞德尔教授说。“例如，地震的噼啪声看起来与我们在实验室看到的小原子运动非常相似。”

要理解噼啪声的数学描述，你需要实际记录下它。“这是一个棘手的问题，”塞德尔教授说。“你需要记录大约10,000个或更多的噼啪事件，或过程中的步骤，才能可靠地提取数学描述。”

多年来，研究人员一直试图将噼啪声测量区域的尺寸减小到纳米级，但没有成功。

Seidel教授和他在ARC未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)的团队接受了挑战，开发了一种新方法，可以在最小尺度上观察噼啪声。

测量纳米级噼啪噪声的新方法包括一个微小的金刚石针和一个隔音罩。

“我们想记录所选材料的噼啪声，而不是其他外部元素的噼啪声。这需要一个安静的环境，不受建筑振动的影响，而且针的材料非常坚硬，不会受到外力的影响。

塞德尔教授说:“我们在许多材料上进行了测试，条件也略有不同。”

最后，在原子水平上记录噼啪声的最好方法是让实验持续一整夜，让针尖在8小时内慢慢地压入材料中。

他们一起记录下了大约30纳米深度区域的噼啪声——相当于大约100个原子的位移。

“在那里，我们可以第一次看到噼啪声的全谱，并将其与特定形式的原子雪崩联系起来。这确实是一个突破，因为我们不知道，只是希望，对于这样小的凹痕，我们可以检测到噼啪声!现在我们知道，这项技术可以用于其他特定的应用，”Seidel教授说。

重要的是，使用扫描探针显微镜(SPM)，该团队能够扫描材料表面形貌，并定位他们想要瞄准的特定区域，以聆听噼啪声。

Seidel教授说:“我们的方法允许我们研究材料中单个纳米尺度特征的噼啪噪声，例如铁电体中的畴壁。”

畴壁是非常薄的区域，将具有相反性质(如磁性)的材料“畴”分开。畴壁在具有自发电极化的铁电材料的电学、机电和光学特性中起着至关重要的作用。“这些都是特别感兴趣的领域，因为当材料变形时，这些结构周围的原子雪崩类型不同。”

Seidel教授解释说，这项研究从基础研究的角度提出了新的问题。“我们现在可以研究材料中不同类型的纳米尺度特征，并研究它们如何破裂或如何变形，这可能会推动全新技术的发展。”

“对我来说，这是做研究最令人兴奋的地方。有时候，如果你做一些完全不同的事情，它可能会给你带来一个新的领域或信息，否则你可能找不到，只是因为你没有寻找它。”