Os pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore mergulharam na escala atômica para resolver cada "balançar e balançar" do movimento atômico que está por trás da força do metal.

Em uma primeira série de simulações de computador com foco em metal tântalo, a equipe previu isso, ao atingir certas condições críticas de esforço, a plasticidade do metal (a capacidade de mudar de forma sob carga) atinge seus limites. Um limite é alcançado quando os defeitos do cristal, conhecidos como deslocamentos, não são mais capazes de aliviar as cargas mecânicas, e outro mecanismo - geminação, ou a reorientação repentina da rede cristalina - é ativada e assume como o modo dominante de resposta dinâmica.

A pesquisa aparece na edição de 27 de setembro de Natureza como uma publicação online antecipada.

As propriedades de resistência e plasticidade de um metal são definidas por deslocamentos, defeitos de linha na estrutura do cristal, cujo movimento causa o deslizamento do material ao longo dos planos do cristal. A teoria do deslocamento do cristal foi apresentada pela primeira vez na década de 1930, e muitas pesquisas desde então se concentraram nas interações de deslocamento e seu papel no endurecimento de metal, em que a deformação contínua aumenta a resistência do metal (como um ferreiro batendo no aço com um martelo). As mesmas simulações sugerem fortemente que o metal não pode ser reforçado para sempre.

"Prevemos que o cristal pode atingir um estado final no qual flui indefinidamente após atingir sua força máxima, "disse Vasily Bulatov, LLNL principal autor do artigo. "Os ferreiros antigos sabiam disso intuitivamente porque o principal truque que usavam para fortalecer suas peças de metal era martelá-las repetidamente de diferentes lados, assim como fazemos em nossa simulação de amassamento de metal. "

Devido aos limites severos em escalas de tempo e comprimento acessíveis, por muito tempo foi considerado impossível ou mesmo impensável usar simulações atomísticas diretas para prever a resistência do metal. Aproveitando ao máximo as instalações de HPC do LLNL, líderes mundiais, por meio de uma bolsa do programa Laboratório do Grande Desafio de Computação, a equipe demonstrou que não apenas essas simulações são possíveis, mas eles fornecem uma riqueza de observações importantes sobre os mecanismos fundamentais de resposta dinâmica e parâmetros quantitativos necessários para definir modelos de força importantes para o Programa de Gerenciamento de Estoque. O gerenciamento de estoque garante a segurança, segurança e confiabilidade das armas nucleares sem testes.

"Podemos ver a estrutura do cristal em todos os detalhes e como ela muda em todos os estágios em nossas simulações de resistência do metal, "Bulatov disse." Um olho treinado pode detectar defeitos e até mesmo caracterizá-los apenas olhando para a rede. Mas o olho é facilmente dominado pela complexidade emergente da microestrutura do metal, que nos levou a desenvolver métodos precisos para revelar defeitos de cristal que, depois de aplicarmos nossas técnicas, deixe apenas os defeitos enquanto elimina completamente a estrutura cristalina sem defeitos (perfeita) restante.

A equipe de pesquisa desenvolveu as primeiras simulações atomísticas totalmente dinâmicas de resposta de força plástica de tântalo de cristal único submetido a deformação de alta taxa. Ao contrário das abordagens computacionais para a previsão de força, simulações de dinâmica molecular atomística dependem apenas de um potencial de interação interatômica, resolva cada "balançar e mexer" do movimento atômico e reproduzir a dinâmica do material em detalhes atomísticos completos.