Los investigadores de la ciencia de los materiales han desarrollado un modelo que puede explicar las irregularidades en la forma en que los átomos se organizan en los llamados "límites de grano", la interfaz donde se encuentran dos materiales. Al describir el empaquetamiento de átomos en estas interfaces, la herramienta se puede utilizar para ayudar a los investigadores a determinar cómo los límites de grano afectan las propiedades de las aleaciones metálicas y otros materiales.

"Sabemos que estos límites de grano influyen en las características del material durante muchas décadas, "dice Srikanth Patala, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Pero ha sido extremadamente difícil entender cómo se ven esos defectos a nivel atómico y, por lo tanto, para comprender cómo estas irregularidades estructurales afectan la resistencia de un material, rigidez, ductilidad y así sucesivamente.

"Ahora tenemos una herramienta que nos permite ver y comprender realmente cómo se ven estas estructuras atómicas desordenadas, y eso es un gran paso para descubrir exactamente qué está pasando". "Dice Patala.

La mayoría de los materiales tienen una estructura atómica particular que es bastante regular. Por ejemplo, el aluminio tiene una estructura cúbica, con átomos que se alinean en largas cadenas de cubos, mientras que el titanio se forma en lo que son básicamente pilas de hexágonos. Pero cuando dos materiales se encuentran, como en una aleación de metal, estas ordenadas, las estructuras organizadas chocan entre sí, creando el límite de grano desordenado.

El modelo desarrollado en el grupo de investigación de Patala encuentra formas tridimensionales irregulares dentro del límite del grano, los clasifica y luego identifica patrones de esas formas irregulares.

"Los avances en microscopía pueden ayudarnos a capturar imágenes de cómo se organizan los átomos en un límite de grano, pero no sabemos realmente lo que estamos viendo. Puede conectar los puntos de la forma que desee, Patala dice. Nuestra herramienta ayuda a discernir patrones de características geométricas en un paisaje atómico que puede parecer caótico.

"Ahora que se pueden identificar estos patrones, el siguiente paso es que los investigadores computacionales, como yo, trabajen con investigadores experimentales para determinar cómo esos patrones afectan las propiedades de un material, "Dice Patala.

Una vez que se comprenda bien el efecto de los patrones, que la información se puede utilizar para identificar mejor las fortalezas y debilidades de tipos específicos de límites de grano, acelerar el desarrollo de nuevas aleaciones u otros materiales.

La herramienta, llamado modelo de unidad poliédrica, se puede utilizar para modelar los límites de grano para cualquier material en el que la atracción entre átomos se rija únicamente por la distancia entre átomos, como metales y sólidos iónicos, incluidas algunas cerámicas. Sin embargo, el enfoque no funciona para los materiales, como el carbono, que forman los llamados enlaces direccionales.

"Actualmente estamos trabajando para hacer que el modelo de unidad poliédrica esté disponible públicamente a través de software de código abierto, ", Dice Patala." Planeamos tenerlo listo para fin de año, y con suerte antes ".

El papel, "Un modelo de unidad poliédrica tridimensional para la estructura del límite de grano en metales fcc, "se publica en la revista Nature Materiales computacionales npj .