p A maioria dos materiais se quebra quando uma força é aplicada a uma imperfeição em sua estrutura, como um entalhe ou deslocamento. O comportamento dessas imperfeições, e a quebra resultante, diferem acentuadamente entre pequenas estruturas, como nanofios, e maior, materiais de massa. Contudo, os cientistas não tinham um conhecimento completo da mecânica precisa de quebras de nanofios, devido em parte ao comportamento inconsistente em experimentos. Essas inconsistências foram resolvidas graças às simulações numéricas de Zhaoxuan Wu e seus colegas de trabalho no A * STAR Institute for High Performance Computing, Cingapura, e colaboradores nos EUA. p Os pesquisadores se concentraram em nanofios de metal com a chamada 'estrutura de cristal cúbico centrado na face' porque eles exibem dois modos de falha diferentes. Experimentos anteriores de outros grupos mostraram que esses nanofios podem quebrar como resultado de um processo dúctil, em que um pescoço estreito é formado de forma suave e contínua antes da falha. Outros experimentos mostraram que a falha foi causada por uma fratura quebradiça, o que aconteceu de repente. Para complicar ainda mais, simulações em escala atômica desses experimentos previram que apenas estrangulamentos dúcteis deveriam estar ocorrendo.

p Wu e seus colegas abordaram o problema procurando um conjunto de parâmetros de nanofios que eles pudessem usar para prever o tipo de falha. Eles usaram um software de dinâmica molecular para simular uma série de nanofios de cobre cilíndricos com um diâmetro de 20 nanômetros e comprimentos que variam entre 188 nanômetros e 1, 503 nanômetros. Eles "cortam" um entalhe de 0,5 nanômetro na superfície do nanofio, que serviu como uma deformação inicial, e, em seguida, aplicou tensão de tração ao longo do eixo longo do nanofio.

p Essas simulações previram que os nanofios longos eram frágeis e falhariam abruptamente, enquanto os nanofios curtos têm menos de 1, 500 nanômetros de comprimento eram dúcteis e exibiam uma deformação suave antes da falha. Em outras palavras, disse Wu, eles "falham graciosamente". Simulações de nanofios anteriores não conseguiram identificar esses dois regimes porque os comprimentos de nanofio considerados eram muito curtos. A diferença de comportamento resulta do fato de que, para uma determinada cepa, os nanofios longos armazenam uma quantidade maior de energia elástica do que os fios mais curtos.

p Essa percepção permitiu a Wu e seus colegas de trabalho derivar uma expressão simples para o comprimento em que os nanofios alternam entre os modos de falha. Tanto esta expressão, e os resultados completos da simulação, combinou bem os dados experimentais. Os resultados, disse Wu, resolver um problema científico pendente, e fornecer um princípio básico de engenharia para o projeto de sistemas mecânicos em nanoescala. Se o modelo se aplica a nanofios com diâmetros muito pequenos, onde os efeitos clássicos da plasticidade começam a se perder, continua a ser testado.