Cientistas de materiais estudam metais, polímeros, e outras substâncias no nível atômico, a fim de encontrar novas maneiras de controlar as propriedades físicas de um material, como o quão forte ou maleável é. Um aspecto fundamental desta linha de estudo é entender melhor como os átomos de um material são espacialmente organizados - a maioria dos metais, por exemplo, consistem em átomos dispostos em um padrão semelhante a uma rede que se repete regularmente.

Embora todos os átomos em uma peça de metal possam ter o mesmo padrão geral, diferentes regiões do material podem ter o padrão em diferentes orientações. Essas regiões, ou "grãos, "são como quadrados em uma colcha de retalhos feita inteiramente do mesmo tecido padronizado, mas onde cada quadrado é girado 90 graus de seus vizinhos. Entender onde esses grãos diferentes entram em contato uns com os outros, chamados limites de grãos, são cruciais para os cientistas de materiais, uma vez que é aqui que os defeitos, corrosões, ou danos são mais prováveis ​​de ocorrer. Além disso, também é importante saber a rapidez com que os grãos passam uns pelos outros quando, por exemplo, um material é colocado sob pressão, porque a dinâmica de contorno de grão dita como alguém poderia potencialmente imbuir um material com uma propriedade específica.

Uma equipe de engenheiros da Penn publicou recentemente uma pesquisa que fornece uma compreensão matemática mais profunda de quais fatores governam a dinâmica dos limites dos grãos. Usando simulações moleculares e modelos estatísticos, eles "demonstram a natureza fundamental" da mobilidade dos limites dos grãos. Ser capaz de relacionar o comportamento dos limites dos grãos às forças externas pode ajudar os engenheiros a determinar qual dos dois pontos finais devem ser alvejados enquanto procuram imbuir materiais com propriedades exclusivas ou desejadas.

Seu trabalho foi publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences .