p Um estudo da A * STAR revela que os projetistas de nanodispositivos baseados em vidro metálico devem levar em conta pequenas falhas nas estruturas de liga para evitar falhas catastróficas imprevisíveis. Compreender como o vidro metálico em nanoescala fratura e falha quando sujeito a tensões externas é fundamental para melhorar sua confiabilidade em dispositivos e compostos. p Recentemente, pesquisadores encontraram evidências de que falhas artificiais - pequenos entalhes esculpidos na liga - não afetam a resistência à tração geral do material. Mas outro trabalho mostrou que tais entalhes podem realmente induzir a formação de fissuras localizadas.

p Mehdi Jafary-Zadeh e colegas de trabalho do A * STAR Institute of High Performance Computing, em colaboração com pesquisadores nos Estados Unidos, usou uma combinação de experimentos físicos e simulações computacionais para estudar a tolerância a falhas em nanoescala com precisão em profundidade. Primeiro, os pesquisadores fabricaram vidro metálico de níquel-fósforo em "nanopilares" estreitos com pequenos entalhes e tampas de extremidade em forma de cogumelo que serviam como punhos de tensão (ver imagem). Guiado por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução, eles sistematicamente separaram as estruturas até que rompessem - uma ação que ocorreu de forma consistente na zona entalhada, e na falha resistências 40 por cento mais baixas do que aquelas para nanopilares não danificados.

p A equipe então se voltou para simulações de dinâmica molecular maciça para explicar esses resultados físicos. "Simular modos de falha nos vidros metálicos nanopilar exigia grande escala, modelos tridimensionais contendo milhões de átomos, "diz Jafary-Zadeh." Realizar simulações nessas escalas é muito assustador, mas superamos esse desafio com a ajuda do Centro de Recursos Computacionais A * STAR. "

p Quando os pesquisadores modelaram a cepa atômica durante o alongamento nanopilar, eles descobriram que as estruturas sem entalhes falharam por meio de um tipo de deformação plástica conhecido como faixa de cisalhamento. Contudo, as estruturas entalhadas eram frágeis e falharam através da propagação de fissuras a partir do ponto de falha em resistências à tração significativamente menores do que as amostras não entalhadas (ver vídeo). Essas observações sugerem que a 'insensibilidade a falhas' pode não ser uma característica geral dos sistemas mecânicos em nanoescala.

p "A teoria da insensibilidade a falhas postula que a resistência de materiais que são intrinsecamente frágeis ou têm modos de deformação plástica limitados se aproxima de um limite teórico em nanoescala, e não diminui devido a falhas estruturais, "explica Jafary-Zadeh." No entanto, nossos resultados mostram que a resistência à falha e deformação em nanossólidos amorfos dependem criticamente da presença de falhas. "

p Jafary-Zadeh observa que a excelente concordância entre os resultados experimentais e as simulações é emocionante e demonstra como tais cálculos podem preencher a lacuna de conhecimento entre o fraturamento mecânico macroscópico e os mecanismos correspondentes ocultos que ocorrem em tempo atomístico e escalas de comprimento.