(PhysOrg.com) - En la macroescala, El silicio es un material quebradizo que no se puede moldear fácilmente en la forma deseada. Pero los científicos han descubierto que una pieza de silicio de solo 3 nm de largo se puede estirar hasta más de 20 veces su longitud original sin romperse. Si los investigadores pueden aprovechar la plasticidad del silicio a nanoescala, potencialmente podrían moldear el material en nanoestructuras de diferentes formas para aplicaciones tecnológicas.

Los científicos, Tadashi Ishida de la Universidad de Tokio y coautores de otras instituciones de Japón y Francia, han publicado su estudio sobre la plasticidad a nanoescala del silicio en un número reciente de Nanotecnología .

Aunque algunos investigadores han predicho que los materiales macroscópicamente frágiles como el silicio y otros materiales covalentes (cuyos átomos se mantienen unidos por fuertes enlaces covalentes) deberían mostrar plasticidad a nanoescala, medir las propiedades de los materiales nanométricos es difícil por razones técnicas. Algunas de las principales dificultades incluyen encontrar formas de sujetar de forma segura los extremos del material y monitorear las propiedades durante las pruebas.

Para superar estas dificultades, los científicos utilizaron un método novedoso que involucraba un sistema microelectromecánico y un microscopio electrónico de transmisión, que ellos llaman MEMS-in-TEM. Con esta configuración, los investigadores pudieron manipular simultáneamente el silicio utilizando el dispositivo MEMS mientras observaban los resultados en tiempo real con el microscopio.

Comenzando con una pieza cilíndrica de silicio con una longitud de 3 nm y un diámetro de 50 nm, los investigadores tiraron del silicio a una velocidad casi estática, haciendo que se alargue. Durante un período de tiempo de 30 minutos, el silicio se alargó de 3 nm a 61,6 nm, mientras que el diámetro disminuyó gradualmente. Los investigadores realizaron el experimento en siete muestras hasta que los “nanopuentes” de silicio finalmente alcanzaron el punto de fractura.

“Una carga de tracción lenta dio tiempo suficiente para difundir los átomos de silicio en el nanopuente de silicio y deformar gradualmente la estructura amorfa en el puente, "Ishida dijo PhysOrg.com . “La superplasticidad fue inducida por la combinación de difusión superficial inducida por estrés y deformación amorfa intergranular, incluidos los nanogranos de silicio cristalino ".

En la difusión superficial inducida por estrés, el primero de los dos factores, los átomos de silicio se extienden por la superficie para aumentar la longitud del nanopuente, que se produce debido a la tensión mecánica y el estrés. El segundo factor, deformación amorfa intergranular, puede describirse como un flujo "similar a una fluencia" del material intergranular en el silicio, y los nanocristales que se ajustan a este flujo. Las observaciones de los científicos sugieren que, cuando el diámetro del nanopuente se vuelve comparable al tamaño medio de los nanocristales, el nanopuente alcanza su punto crítico de fluencia y no puede alargarse más.

Esta capacidad de alargar el silicio a nanoescala, que se hace a temperatura ambiente, podría tener implicaciones para muchos productos electrónicos basados ​​en silicio, ya que el silicio podría moldearse en formas específicas.

"Con esta técnica, puede modificar con precisión la superficie de las nanoestructuras y mejorar su rendimiento, ”Dijo Ishida. “Esta técnica se puede aplicar a todas las mecánicas, dispositivos eléctricos y ópticos, como cables y uniones a nanoescala, sensores de gas de nanocables, y dispositivos fotovoltaicos, para mejorar su desempeño ".

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