Fios finos de ouro freqüentemente usados ​​em aplicações eletrônicas de ponta são maravilhosamente flexíveis e também condutores. Mas essas qualidades não se aplicam necessariamente aos mesmos fios em nanoescala.

Um novo estudo da Rice University descobriu que fios de ouro com menos de 20 nanômetros de largura podem se tornar "frágeis" sob estresse. Aparece no jornal Materiais Funcionais Avançados.

O artigo do cientista de materiais de Rice Jun Lou e seu laboratório mostra em detalhes microscópicos o que acontece com os nanofios sob os tipos de tensão pelos quais eles seriam razoavelmente submetidos, por exemplo, eletrônica flexível.

A técnica deles fornece uma maneira para a indústria ver como os nanofios feitos de ouro, prata, telúrio, paládio e platina provavelmente se manterão em dispositivos nanoeletrônicos de próxima geração.

Lou e sua equipe já haviam estabelecido que os fios de metal têm propriedades únicas em nanoescala. Eles sabiam que esses fios sofrem extensa deformação plástica e, em seguida, fraturam em micro e nanoescala. Nesse processo, materiais sob tensão exibem "estrangulamento"; isso é, eles se deformam em uma região específica e então se estendem até um ponto antes de se romperem.

"O ouro é extremamente dúctil, "disse Lou, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais. "Isso significa que você pode esticar, e pode suportar grandes deslocamentos.

"Mas neste trabalho, descobrimos que o ouro não é necessariamente muito dúctil em nanoescala. Quando enfatizamos de uma forma ligeiramente diferente, podemos formar um defeito chamado de gêmeo. "

O termo "geminação" vem da estrutura atômica semelhante a um espelho do defeito, que é exclusivo dos cristais. "Na fronteira, os átomos nos lados esquerdo e direito se espelham exatamente, "Lou disse. Gêmeos em nanofios aparecem como linhas escuras através do fio sob um microscópio eletrônico.

"O material não é exatamente quebradiço, como vidro ou cerâmica, qual fratura sem, ou muito pouco, ductilidade, "disse ele." Neste caso, nós o chamamos de frágil, o que significa que reduziu significativamente a ductilidade. Ainda há alguns, mas o comportamento da fratura é diferente do estrangulamento normal. "

Seus experimentos em 22 fios de ouro de menos de 20 nanômetros envolveram a delicada operação de prendê-los a um microscópio eletrônico de transmissão / porta-amostras de microscópio de força atômica e, em seguida, puxá-los a velocidades de carregamento constantes. Os gêmeos apareceram sob o componente de cisalhamento da tensão, o que forçou os átomos a se deslocarem no local dos defeitos da superfície e levou a uma espécie de falha tectônica em nanoescala através do fio.

"Assim que você tiver esses tipos de locais de iniciação de danos formados no nanofio, você terá muito menos ductilidade. O metal irá quebrar prematuramente, "Lou disse." Não esperávamos que essas formações de fronteiras gêmeas tivessem efeitos tão profundos.

Com a tecnologia atual, é quase impossível alinhar os pontos de aderência em ambos os lados do fio, então a força de cisalhamento nos nanofios era inevitável. "Mas esse tipo de modo de carregamento inevitavelmente será encontrado no mundo real, ", disse ele." Não podemos imaginar que todos os nanofios em uma aplicação serão estressados ​​de uma forma perfeitamente uniaxial. "

Lou disse que os resultados são importantes para os fabricantes que pensam em usar ouro como elemento nanomecânico. "Realisticamente, você poderia ter algum ângulo de tensão fora do eixo, e se esses gêmeos se formarem, você teria menos ductilidade do que você esperaria. Então, os critérios de design teriam que mudar.

"Essa é basicamente a mensagem central deste artigo:não se deixe enganar pela definição tradicional de 'dúctil, '", disse ele." Em nanoescala, as coisas podem acontecer de forma diferente. "