对于材料中的线缺陷，或者说位错，科学家已经研究了60多年。这些位错在材料的塑性变形中起着重要作用，它们既可以使材料更坚固，也可以使材料出现灾难性的故障。了解位错的传播速度，可以帮助研究人员更好地了解地震破裂、结构故障和精密制造等问题。然而，一直以来，位错的最大运动速度仍是未知的，没有人能够直接测量位错在材料中的传播速度究竟有多快。
现在，在一项新发表于《科学》杂志的研究中，一组科学家通过使用X射线照相术记录了金刚石中的位错的传播速度。他们的结果表明，这些微小的缺陷可以比声波更快地在材料中传播。
数十年来，科学家一直在争论位错是否能比声音更快地在材料中传播。许多研究得出的结论是不能。但是一些计算机模型又表明，它们应该是可以的——前提是只要它们的初始速度比声速快。我们都知道，声音在空气中的传播速度大约是340米/秒，但在液体、固体材料中的传播速度比在空气中快得多，具体数值取决于材料的性质、温度以及其他一些因素。
在新的研究中，为了获得位错传播速度的直接画面，研究人员采用X射线自由电子激光器，在微小的人造单晶金刚石上进行了实验。金刚石为研究晶体材料中如何出现缺陷提供了一个独特的平台，它的形变机制比金属的更加简单，更易于科学家明确地识别图像中的位错，而非其他类型的缺陷。
研究小组使用强激光在金刚石中产生激波。然后，他们拍摄了一系列超快的X射线图像，记录了在十亿分之一秒的时间尺度上的位错的形成和扩散过程。只有X射线自由电子激光器能够提供足够短、足够亮的X射线脉冲来捕捉这一过程。
研究人员观察到，最初的激波会分裂成两种波继续在金刚石中传播。第一种被称为弹性波，能暂时性地使金刚石晶体变形；它的原子会立即弹回原来的位置，就像橡皮筋被拉伸和释放一样。第二种被称为塑性波，通过在构成晶体结构的原子的重复模式中产生微小的偏差，使金刚石出现永久形变。