Los alambres delgados de oro que se utilizan a menudo en aplicaciones electrónicas de alta gama son maravillosamente flexibles y conductores. Pero esas cualidades no se aplican necesariamente a los mismos cables a nanoescala.

Un nuevo estudio de la Universidad de Rice encuentra que los alambres de oro de menos de 20 nanómetros de ancho pueden volverse "quebradizos" bajo estrés. Aparece en la revista Materiales funcionales avanzados.

El artículo del científico de materiales de Rice, Jun Lou, y su laboratorio muestra en detalle microscópico lo que sucede con los nanocables bajo los tipos de tensión que razonablemente sufrirían. por ejemplo, electrónica flexible.

Su técnica proporciona una forma para que la industria vea cómo los nanocables hechos de oro, plata, telurio, Es probable que el paladio y el platino se mantengan en los dispositivos nanoelectrónicos de próxima generación.

Lou y su equipo ya habían establecido que los alambres metálicos tienen propiedades únicas en la nanoescala. Sabían que tales alambres sufren una extensa deformación plástica y luego se fracturan tanto a micro como a nanoescala. En ese proceso, los materiales sometidos a tensión exhiben "formación de nudos"; es decir, se deforman en una región específica y luego se estiran hasta un punto antes de que finalmente se rompan.

"El oro es extremadamente dúctil, "dijo Lou, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales. "Eso significa que puedes estirarlo, y puede soportar un desplazamiento muy grande.

"Pero en este trabajo, Descubrimos que el oro no es necesariamente muy dúctil a nanoescala. Cuando lo enfatizamos de una manera ligeramente diferente, podemos formar un defecto llamado gemelo ".

El término "hermanamiento" proviene de la estructura atómica similar a un espejo del defecto, que es exclusivo de los cristales. "En el límite, los átomos de los lados izquierdo y derecho se reflejan exactamente entre sí, "Dijo Lou. Los gemelos en nanocables aparecen como líneas oscuras a través del cable bajo un microscopio electrónico.

"El material no es exactamente quebradizo, como el vidrio o la cerámica, que fractura sin, o muy poco, ductilidad, ", dijo." En este caso, lo llamamos quebradizo, lo que significa que tiene una ductilidad significativamente reducida. Todavía hay algunos pero el comportamiento de la fractura es diferente al del cuello regular ".

Sus experimentos con 22 alambres de oro de menos de 20 nanómetros involucraron la delicada operación de sujetarlos a un microscopio electrónico de transmisión / portamuestras de microscopio de fuerza atómica y luego tirar de ellos a velocidades de carga constantes. Los gemelos aparecieron bajo el componente cortante de la tensión, lo que obligó a los átomos a desplazarse en la ubicación de los defectos superficiales y provocó una especie de falla tectónica a nanoescala a través del cable.

"Una vez que se forman esos tipos de sitios de inicio de daños en el nanoalambre, tendrá mucha menos ductilidad. El metal se fracturará prematuramente, "Dijo Lou." No esperábamos que tales formaciones de fronteras gemelas tuvieran efectos tan profundos ".

Con la tecnología actual, es casi imposible alinear los puntos de agarre a ambos lados del cable, por lo que la fuerza de corte en los nanocables era inevitable. "Pero este tipo de modo de carga se encontrará inevitablemente en el mundo real, ", dijo." No podemos imaginar que todos los nanocables en una aplicación se estresarán de una manera perfectamente uniaxial ".

Lou dijo que los resultados son importantes para los fabricantes que piensan en usar oro como elemento nanomecánico. "De modo realista, podría tener algún ángulo de tensión fuera del eje, y si estos gemelos se forman, tendría menos ductilidad de la que cabría esperar. Entonces los criterios de diseño tendrían que cambiar.

"Ese es básicamente el mensaje central de este documento:no se deje engañar por la definición tradicional de 'dúctil, '", dijo." En la nanoescala, las cosas pueden suceder de manera diferente ".