Alambres muy pequeños, llamados nanocables, hecho de metales como la plata y el oro, pueden desempeñar un papel crucial como interruptores eléctricos o mecánicos en el desarrollo de nanodispositivos ultrapequeños de la futura generación.
Hacer que los nanodispositivos funcionen requerirá una comprensión profunda de cómo estas y otras nanoestructuras pueden diseñarse y fabricarse, así como sus fortalezas y debilidades resultantes. Cómo cambian las propiedades mecánicas a nanoescala es de interés fundamental y puede tener implicaciones para una variedad de nanoestructuras y nanodispositivos.
Un factor limitante importante para esta comprensión ha sido que los experimentos para probar cómo se deforman los nanocables son muchas veces más lentos de lo que pueden ser las simulaciones por computadora. resultando en más incertidumbre en las predicciones de la simulación de lo que les gustaría a los científicos.
"Las simulaciones de dinámica molecular existen desde hace mucho tiempo, ", dijo Arthur Voter de la División Teórica del Laboratorio Nacional de Los Alamos." Pero las simulaciones nunca antes habían sido capaces de imitar la resistencia a la tracción atomística de los nanocables en escalas de tiempo que incluso se acercan a la realidad experimental ".
Utilizando el método de "dinámica de réplicas paralelas" para alcanzar escalas de tiempo prolongadas que desarrolló Voter, Los miembros del equipo de Voter adaptaron su código de computadora para explotar la arquitectura híbrida de la supercomputadora Roadrunner, permitiéndoles realizar la primera simulación de un nanoalambre de plata que se estira durante un período de un milisegundo, o una milésima de segundo, un tiempo que se acerca a lo que se puede probar experimentalmente.
"Las supercomputadoras más grandes han hecho posible realizar simulaciones en sistemas cada vez más grandes, pero no han ayudado mucho a alcanzar tiempos más largos; lo mejor que podemos hacer es todavía alrededor de una millonésima de segundo. Sin embargo, con el algoritmo de réplica en paralelo, podemos utilizar la gran cantidad de procesadores para 'paralelizar' el tiempo, "dijo Voter." Roadrunner es ideal para este algoritmo, así que ahora podemos hacer simulaciones miles de veces más largas que esto ".
Con esta nueva herramienta, los científicos pueden estudiar mejor lo que hacen los nanocables bajo estrés. "En escalas de tiempo más largas, vemos efectos interesantes. Cuando los cables se estiran más lentamente, su comportamiento cambia:los mecanismos de deformación y falla son muy diferentes de lo que hemos visto en escalas de tiempo más cortas, "dijo el votante.
A través de estas simulaciones, Voter y su equipo están desarrollando una mejor comprensión de cómo se comportan los materiales cuando se reducen a la escala de tamaño de un nanómetro, o una milmillonésima parte de un metro. "A esta escala, el movimiento de un solo átomo puede cambiar las propiedades mecánicas o eléctricas del material, "dijo el votante, "por lo que es realmente útil tener una herramienta que pueda brindarnos una resolución atómica completa en escalas de tiempo realistas, casi como si estuviéramos observando cada átomo a medida que avanza el experimento ".
Fuente:Laboratorio Nacional de Los Alamos (noticias:web)
