Los experimentales que buscan materiales estructurales fuertes han establecido que los metales nanocristalinos, que tienen tamaños de grano promedio inferiores a 100 nanómetros, son más fuertes, más duro y más resistente a la fatiga que los metales de grano más grueso. A pesar de esta fuerza, Los metales nanocristalinos sufren deformaciones problemáticas en respuesta a la carga o al calentamiento. Hasta la fecha, Los investigadores han luchado por verificar la compleja interacción de procesos que conducen a estas deformaciones.

Ahora, Zhaoxuan Wu y compañeros de trabajo en el Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento en Singapur y la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, han utilizado simulaciones de dinámica molecular a gran escala para demostrar los principales mecanismos de deformación en nanocables de níquel nanocristalino. Hasta ahora, estos mecanismos han sido imposibles de observar en el laboratorio.

"Nuestro estudio se inspiró en la convergencia del tamaño de la muestra en experimentos y simulaciones, "explica Wu." Los experimentales ahora están trabajando en materiales a escalas de decenas de nanómetros. Al mismo tiempo, los aumentos en la velocidad de la computadora nos permiten simular tales materiales a escalas similares. Esto nos da la oportunidad de estudiar la deformación de los metales nanocristalinos con todo detalle, con suposiciones mínimas ".

Dentro de sus simulaciones, los investigadores prepararon una muestra virtual de níquel nanocristalino a granel con un tamaño de grano promedio de 12 nanómetros, y 'recortar' nanocables con diámetros de 8 a 57 nanómetros. Luego, los investigadores pudieron estirar y liberar los nanocables virtuales a una temperatura constante mientras rastreaban las posiciones de los átomos individuales. Esto proporcionó algunos detalles, a una escala atómica sin precedentes, sobre los cambios en las configuraciones de los cristales cuando los nanocables estirados sufrieron una deformación plástica y finalmente se rompieron.

En particular, las simulaciones de un nanoalambre estirado mostraron que las tensiones entre átomos vecinos eran grandes en los límites de los granos de cristal, pero insignificante dentro de los granos o en las superficies libres. Estas tensiones llevaron al deslizamiento de los límites de los granos, lo que rápidamente provocó la falla total de nanocables delgados con diámetros similares al tamaño de grano.

En alambres más gruesos, donde muchos de los granos estaban restringidos por otros granos circundantes, hubo menos deslizamiento de límites a tensiones bajas. Sin embargo, a mayores tensiones, los límites de los granos se alinearon y aparecieron vacíos entre los granos de cristal, eventualmente conduciendo al fracaso (ver imagen).

"Creemos que la anatomía de la deformación que observamos podría ser representativa de un amplio conjunto de materiales nanocristalinos, "dice Wu." Planeamos simular más metales y aleaciones nanocristalinos, incluyendo muestras con impurezas, que estará más cerca de las condiciones de laboratorio que nuestro estudio actual de níquel nanocristalino puro ".