Metais fortes tendem a ser menos dúcteis - a menos que o metal seja uma forma peculiar de cobre conhecida como cobre nanotivado. A estrutura cristalina do cobre nanotwinned exibe muitas interrupções espaçadas em um arranjo atômico regular. Essas interrupções, apesar de ser denominado "defeitos", realmente aumenta a resistência do metal sem reduzir sua ductilidade, tornando-o atraente para aplicações como dispositivos semicondutores e revestimentos de película fina. Contudo, a relação entre as propriedades desses defeitos e as dos metais que contêm defeitos permanece obscura.

Agora, Zhaoxuan Wu e colegas de trabalho do Instituto A * STAR para Computação de Alto Desempenho agora realizaram uma simulação numérica em grande escala que lança luz sobre essa relação. A simulação abordou alguns de seus anteriores, dados experimentais inexplicáveis.

Em 2009, os pesquisadores observaram que a resistência do cobre nanotivado atingiu o máximo quando o tamanho dos defeitos em sua estrutura cristalina era de cerca de 15 nanômetros. Quando os defeitos foram feitos menores ou maiores, a resistência do cobre diminuiu. Isso contradiz o modelo clássico, que previu que a resistência do metal aumentaria continuamente conforme o tamanho do defeito fosse reduzido.

Wu e colegas de trabalho abordaram essa contradição usando uma simulação de dinâmica molecular em grande escala para calcular como um cristal de cobre nanotwinned consistindo de mais de 60 milhões de átomos se deforma sob pressão. Eles observaram que sua deformação foi facilitada por três tipos de deslocamentos móveis em sua estrutura cristalina. Significativamente, eles descobriram que um desses três tipos de deslocamento, chamado de deslocamento de 60 °, interagiu com os defeitos de uma forma que dependia do tamanho do defeito.

As luxações de 60 ° conseguiram passar por pequenos defeitos de maneira contínua, criando muitos novos, deslocamentos altamente móveis que amoleceram o cobre. Por outro lado, quando encontraram grandes defeitos, uma rede de deslocamento tridimensional formada que atuou como uma barreira para o movimento de deslocamento subsequente, fortalecendo assim o cobre. A simulação previu que o tamanho do defeito crítico que separa esses dois regimes de comportamento ocorreu a 13 nanômetros, muito próximo do valor medido experimentalmente de 15 nanômetros.

Os resultados mostram que existem muitos mecanismos de deformação diferentes ocorrendo em materiais nanoestruturados, como o cobre nanotivado. Compreender cada um deles permitirá aos cientistas ajustar as propriedades do material - como Wu comenta:“Por exemplo, poderíamos introduzir barreiras de deslocamento para interromper seu movimento, ou altere as energias da interface do defeito para mudar como eles se deformam. ”Wu acrescenta que a próxima etapa de sua equipe de pesquisa será levar em consideração a diversidade nos tamanhos dos defeitos em um único material.