La mayoría de las superficies naturales y artificiales son rugosas:los metales e incluso los vidrios que parecen suaves a simple vista pueden verse como cordilleras dentadas bajo el microscopio. Actualmente no existe una teoría uniforme sobre el origen de esta rugosidad a pesar de su presencia en todas las escalas, de lo atómico a lo tectónico. Los científicos sospechan que las superficies rugosas fabricadas están formadas por una deformación plástica irreversible que ocurre en muchos procesos de mecanizado mecánico de componentes. como el fresado. El Prof. Dr. Lars Pastewka del grupo de Simulación del Departamento de Ingeniería de Microsistemas de la Universidad de Friburgo y su equipo han simulado tales cargas mecánicas en simulaciones por computadora. Los investigadores descubrieron que las superficies hechas de diferentes materiales, que muestran distintos mecanismos de deformación plástica, Desarrollar siempre una rugosidad superficial con idénticas propiedades estadísticas. Han publicado sus resultados en Avances de la ciencia .

Las superficies geológicas como las cadenas montañosas se crean por deformación mecánica, que luego conduce a procesos como fractura o desgaste. Las superficies sintéticas generalmente pasan por muchos pasos de conformación y acabado, como pulir, lamiendo y moliendo, explica Pastewka. La mayoría de estos cambios superficiales, ya sea natural o sintético, conducen a deformaciones plásticas en la escala de longitud atómica más pequeña:"Incluso en las puntas de las grietas de la mayoría de los materiales frágiles como el vidrio, hay una zona de proceso finita en la que el material se deforma plásticamente, "dice el investigador de Friburgo." La rugosidad en estas escalas más pequeñas es importante porque controla el área de contacto atómico íntimo cuando dos superficies se presionan juntas y, por lo tanto, la adhesión, conductividad y otras propiedades funcionales de las superficies en contacto ".

En colaboración con colegas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, la École Polytechnique Fédérale de Lausanne / Suiza, y los Laboratorios Nacionales Sandia / EE. UU., y financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), Pastewka y su grupo pudieron simular la topografía de la superficie para tres sistemas de materiales de referencia en las supercomputadoras JUQUEEN y JUWELS en el Centro de Supercomputación de Jülich. que incluía oro monocristalino, una aleación de níquel de alta entropía, hierro y titanio, y el vidrio metálico cobre-circonio, en el que los átomos no forman estructuras ordenadas sino un patrón irregular. Se sabe que cada uno de estos tres materiales tiene diferentes propiedades micromecánicas o moleculares. Los científicos ahora investigaron el mecanismo de la deformación y los cambios resultantes en la escala atómica tanto dentro del sólido como en su superficie.

Pastewka, quien también es miembro del Cluster of Excellence Living, Sistemas de materiales adaptativos y autónomos de energía (livMatS), y su equipo descubrió que, a pesar de sus diferentes estructuras y propiedades materiales, los tres sistemas, cuando se comprime, Desarrollar superficies rugosas con una topografía denominada autoafinida. Esto significa que los sistemas tienen estructuras geométricas idénticas independientemente de la escala en la que se observan:la topografía de la superficie en un microscopio virtual a escala nanométrica no se puede distinguir de la estructura de paisajes montañosos a escala de kilómetros. "Esta es una explicación, "dice Pastewka, "en cuanto a por qué se observa en los experimentos una estructura casi universal de rugosidad superficial".