Un equipo de investigadores del centro AMBER con sede en Trinity College Dublin, han logrado un gran avance en el área del diseño de materiales, uno que desafía la opinión común sobre cómo los bloques de construcción fundamentales de la materia se unen para formar materiales.

Profesor John Boland, Investigador principal en AMBER y Trinity's School of Chemistry, investigador Dr. Xiaopu Zhang, con los profesores Adrian Sutton y David Srolovitz del Imperial College London y la Universidad de Pennsylvania, han demostrado que los bloques de construcción granulares en cobre nunca pueden encajar perfectamente, pero giran provocando un nivel inesperado de desalineación y rugosidad de la superficie. Este comportamiento, que no fue detectado previamente, se aplica a muchos materiales más allá del cobre y tendrá importantes implicaciones sobre cómo se utilizan y diseñan los materiales en el futuro. La investigación fue publicada hoy en la prestigiosa revista, Ciencias . El Grupo de Investigación de Componentes de Intel Corp. también colaboró ​​en la publicación.

Eléctrico, Las propiedades térmicas y mecánicas están controladas por la forma en que los granos de un material están conectados entre sí. Hasta ahora, se pensaba que los granos, que están formados por millones de átomos, simplemente empaque como bloques en la superficie de una mesa, con pequeños huecos aquí y allá. El profesor Boland y su equipo han demostrado por primera vez que los granos de cobre de tamaño nanométrico en realidad se inclinan hacia arriba y hacia abajo para crear crestas y valles dentro del material. Los metales nanocristalinos como el cobre se utilizan ampliamente como contactos eléctricos e interconexiones dentro de circuitos integrados. Esta nueva comprensión a nanoescala afectará la forma en que se diseñan estos materiales, en última instancia, habilitando dispositivos más eficientes, al reducir la resistencia al flujo de corriente y aumentar la vida útil de la batería en dispositivos portátiles.

Profesor John Boland, Investigador principal en AMBER y Trinity's School of Chemistry, dijo, "Nuestra investigación ha demostrado que es imposible formar películas a nanoescala perfectamente planas de cobre y otros metales. Siempre se ha asumido que el límite entre los granos en estos materiales es perpendicular a la superficie. Nuestros resultados muestran que en muchos casos estos límites prefieren estar en un ángulo, que obliga a los granos a girar, resultando en un inevitable endurecimiento. Este sorprendente resultado se basó en nuestro uso de microscopía de túnel de barrido que nos permitió medir por primera vez la estructura tridimensional de los límites de grano. incluyendo los ángulos precisos entre granos adyacentes ".

Él agregó, "Más importante, ahora tenemos un plan para lo que debería suceder en una amplia gama de materiales y estamos desarrollando estrategias para controlar el nivel de rotación de granos. Si tiene éxito, tendremos la capacidad de manipular las propiedades de los materiales a un nivel sin precedentes, impactando no solo en la electrónica de consumo, sino en otras áreas como los implantes médicos y el diagnóstico. Esta investigación coloca a Irlanda una vez más a la vanguardia de la innovación y el diseño de materiales ".