El equipo, dirigido por el profesor de nanoingeniería Michael Demkowicz, publicó sus hallazgos el 10 de octubre de 2022 en la revista Nature Materials.
"Si entendemos los orígenes de la fractura mecánica, podemos diseñar formas de detener el fallo en su fase inicial", dijo Demkowicz.
Demkowicz y sus colaboradores investigaron cómo comienzan las fracturas en defectos cristalinos a nanoescala en superficies sólidas. Una vez iniciadas, estas grietas pueden crecer con poca o ninguna fuerza aplicada al material, lo que hace que los dispositivos sean inútiles o incluso peligrosos.
El equipo observó que el proceso de fractura en el defecto del cristal es muy dinámico e implica cambios en el enlace atómico subyacente. Hicieron observaciones con un microscopio de efecto túnel de última generación que combina capacidades criogénicas a baja temperatura, deformación mecánica y una capacidad única para sondear cambios en la estructura electrónica del material a escala atómica.
"Nuestra sonda de escaneo combina una serie de métodos experimentales para monitorear el comportamiento mecánico y los fenómenos electrónicos a nanoescala en condiciones extremas, lo que antes era imposible", dijo Demkowicz.
Mediante la visualización directa del comportamiento de la fractura y las propiedades electrónicas, el equipo vinculó los procesos de fractura con la naturaleza cuántica de la estructura atómica subyacente.
Al alterar químicamente los enlaces en la punta de la grieta a nanoescala, el equipo pudo evitar que la grieta se propague, mejorando así la dureza del material.
Los investigadores sugieren que los resultados podrían proporcionar nuevas direcciones para el diseño y desarrollo de materiales y dispositivos mecánicamente robustos utilizados en una amplia gama de aplicaciones, desde aviones hasta implantes biomédicos y dispositivos electrónicos.
"Este descubrimiento pone de relieve el hecho de que los orígenes de las fracturas son muy dinámicos y nos permite imaginar rutas para diseñar materiales y geometrías de dispositivos que sean resistentes al fallo", afirmó Demkowicz.
Referencia :
Kaitlin O'Brien, Benjamin J. McEnaney, Michael J. Cawkwell, James Ciston y Michael J. Demkowicz, "Supresión de la fractura a nanoescala mediante el control químico de la estructura electrónica de la punta de la grieta", Nature Materials (10 de octubre de 2022). DOI:10.1038/s41563-022-01334-0.
