Miniaturizar objetos metálicos microscópicos mientras se mejora su resistencia es fundamental para desarrollar dispositivos de alto rendimiento que integren componentes electrónicos tipo transistor con componentes mecánicos. Cuando estos objetos consisten en pequeños cristales, o granos, como los nanopilares policristalinos, su comportamiento mecánico es difícil de predecir porque los granos varían en tamaño y orientación. Investigadores del Instituto de Tecnología de California, ESTADOS UNIDOS, y el Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento (IHPC), Singapur, Ahora han determinado cómo la miniaturización y la estructura granular intrínseca impactan en la deformación de los cilindros de platino ultrapequeños.

El equipo utilizó un enfoque combinado experimental y computacional para superar la brecha de conocimiento que obstaculiza la producción de dispositivos micro y nanoelectromecánicos confiables. El miembro del equipo Zhaoxuan Wu de IHPC explica que este enfoque les permitió reducir el tamaño de las muestras experimentales a decenas de nanómetros. También les permitió realizar simulaciones atómicas a gran escala en nanoestructuras comparables, que proporcionó un medio para vincular directamente la estructura y las propiedades mecánicas. "Esto rara vez se puede lograr en tales estudios, ", señala.

Los investigadores primero generaron una plantilla depositando una película de polímero sobre una superficie de silicio recubierta de oro y perforándola con orificios cilíndricos de tamaño nanométrico a micrométrico. Próximo, sintetizaron las nanoestructuras metálicas en estos agujeros a partir de una solución precursora de platino. La disolución de la plantilla produjo nanopilares que mostraban granos bien definidos de tamaños y límites de grano similares. o interfaces.

Los experimentos de compresión en las nanoestructuras mostraron que los nanopilares más delgados permanecían casi cilíndricos a baja presión, pero se debilitaban drásticamente. y doblado irreversiblemente, bajo alta presión. A diferencia de, nanopilares más anchos exhibieron una deformación más suave y falla retardada. Esta tendencia de 'más pequeño es más débil' es contraria al destino observado para los monocristales metálicos:se vuelven más fuertes con diámetros más pequeños. Wu y sus colaboradores también encontraron que la reducción de la cantidad de granos en el diámetro de un nanopilar debilitaba la estructura.

De acuerdo con sus resultados experimentales, Las simulaciones numéricas de los investigadores revelaron que los nanopilares comprimidos sufrieron gradualmente una deformación reversible y posterior irreversible (ver imagen). Es más, las simulaciones indicaron el origen dentro de las nanoestructuras de los movimientos irreversibles de deformación y dislocación. Los nanopilares contienen una alta densidad de bordes de grano que promueven la formación de dislocaciones. Estas dislocaciones, a través del cual se desarrolla un tipo específico de deformación, propagarse a través de un grano entero o de un grano a otro dentro de los núcleos. Cerca de la superficie del nanopilar, los granos se deslizan fácilmente entre sí para crear pasos del tamaño de un átomo, reduciendo la resistencia del material.

"Estamos examinando más a fondo los efectos de las oxidaciones y los defectos microestructurales en el comportamiento mecánico de los nanomateriales, "dice Wu.