Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore se han sumergido en la escala atómica para resolver cada "sacudida y contoneo" del movimiento atómico que subyace a la fuerza del metal.

En una primera serie de simulaciones por ordenador de este tipo centradas en el tantalio metálico, el equipo predijo que, al alcanzar ciertas condiciones críticas de esfuerzo, La plasticidad del metal (la capacidad de cambiar de forma bajo carga) alcanza sus límites. Se alcanza un límite cuando los defectos del cristal conocidos como dislocaciones ya no pueden aliviar las cargas mecánicas, y otro mecanismo:hermanamiento, o la reorientación repentina de la red cristalina - se activa y se convierte en el modo dominante de respuesta dinámica.

La investigación aparece en la edición del 27 de septiembre de Naturaleza como una publicación avanzada en línea.

Las propiedades de resistencia y plasticidad de un metal se definen por dislocaciones, Defectos lineales en la red cristalina cuyo movimiento provoca el deslizamiento del material a lo largo de los planos cristalinos. La teoría de la dislocación del cristal se desarrolló por primera vez en la década de 1930, y mucha investigación desde entonces se ha centrado en las interacciones de dislocación y su papel en el endurecimiento del metal, en el que la deformación continua aumenta la resistencia del metal (muy parecido a un herrero que golpea el acero con un martillo). Las mismas simulaciones sugieren fuertemente que el metal no se puede fortalecer para siempre.

"Predecimos que el cristal puede alcanzar un estado final en el que fluye indefinidamente después de alcanzar su fuerza máxima, "dijo Vasily Bulatov, Autor principal de LLNL del artículo. "Los herreros antiguos sabían esto intuitivamente porque el truco principal que usaban para fortalecer sus partes metálicas era martillarlas repetidamente desde diferentes lados, al igual que lo hacemos en nuestra simulación de amasado de metales ".

Debido a los severos límites en las escalas de duración y tiempo accesibles, Durante mucho tiempo se pensó que era imposible o incluso impensable utilizar simulaciones atomísticas directas para predecir la resistencia del metal. Aprovechando al máximo las instalaciones de HPC líderes en el mundo de LLNL a través de una subvención del programa Computing Grand Challenge del Laboratorio, el equipo demostró que no solo son posibles tales simulaciones, pero brindan una gran cantidad de observaciones importantes sobre los mecanismos fundamentales de respuesta dinámica y los parámetros cuantitativos necesarios para definir modelos de fortaleza importantes para el Programa de administración de existencias. La administración de las existencias garantiza la seguridad, seguridad y fiabilidad de las armas nucleares sin pruebas.

"Podemos ver la red cristalina en todos los detalles y cómo cambia a través de todas las etapas en nuestras simulaciones de resistencia del metal, ", Dijo Bulatov." Un ojo entrenado puede detectar defectos e incluso caracterizarlos hasta cierto punto con solo mirar el enrejado. Pero el ojo de uno se ve fácilmente abrumado por la complejidad emergente de la microestructura metálica, lo que nos impulsó a desarrollar métodos precisos para revelar defectos de cristal que, después de aplicar nuestras técnicas, deje solo los defectos mientras elimina por completo el enrejado de cristal sin defectos (perfecto) restante.

El equipo de investigación desarrolló las primeras simulaciones atomísticas completamente dinámicas de la respuesta de resistencia plástica del tantalio monocristalino sometido a una deformación de alta velocidad. A diferencia de los enfoques computacionales para la predicción de la fuerza, Las simulaciones de dinámica molecular atomística se basan solo en un potencial de interacción interatómico, resuelva cada "sacudida y contoneo" del movimiento atómico y reproduzca la dinámica de los materiales con todos los detalles atomísticos.