p Uma equipe de pesquisadores liderada por Scott X. Mao da Universidade de Pittsburgh observou em escala atômica um mecanismo até então desconhecido de cristal impulsionado por cisalhamento para se transformar amorfamente em silício. O artigo "Observação in situ de amorfização conduzida por cisalhamento em cristais de silício, " publicado em Nature Nanotechnology , representa um marco no estudo in situ da amorfização do silício. p A amorfização conduzida por cisalhamento foi observada em materiais ligados covalentemente em grande escala durante o carregamento de contato e / ou deformação plástica severa, como arranhões na superfície, recuo, e moagem de bolas. Contudo, o mecanismo subjacente dessa transformação e sua interação com outros mecanismos de deformação, como deslizamento de deslocamento, eram desconhecidos.

p "Escolhemos o silício porque ele é amplamente aplicado em MEMS e eletrônicos e sua estrutura cúbica de diamante é representativa de outros materiais semicondutores, "disse Mao, o autor correspondente do artigo e William Kepler Whiteford Professor no Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais da Escola de Engenharia Swanson de Pitt. "Esse conhecimento é crucial para ajudar a controlar a transformação amorfa do cristal na síntese de silício amorfo e na aplicação de cristais de silício. Ele também tem amplas implicações para outros materiais ligados covalentemente, especialmente materiais com estrutura cúbica de diamante. "

p Usando microscopia eletrônica de transmissão em escala atômica in situ de última geração, A equipe de Mao em Pitt mostrou que a amorfização induzida por cisalhamento no silício cúbico de diamante é conduzida por uma transformação de fase induzida por cisalhamento em silício hexagonal de diamante, e a deformação dominada por nucleação por deslocamento na última fase que resultou em silício amorfo.

p Para entender melhor a dependência deste mecanismo de amorfização para as orientações de carregamento, Ting Zhu conduziu simulações de computador avançadas usando dinâmica molecular que mostrou o comportamento mecânico da nanoestrutura de silício em nível atômico. Zhu é professor da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech e da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais. A simulação de Zhu revelou modos de deslocamento ativo distintos antes da amorfização em nanopilares de silício sob diferentes orientações de carregamento.

p Tal observação em escala atômica não tinha sido possível no passado devido à natureza quebradiça do silício em massa e às dificuldades em manter as condições para imagens de TEM em escala atômica durante o esforço mecânico contínuo.

p "Ao reduzir o tamanho dos cristais covalentes para nanoescala, eliminamos as falhas que produzem fraturas e adquirimos uma tensão desviatória relativamente alta no cristal de silício. Isso abre novas oportunidades para estudar amorfização sem a necessidade de confinamento de pressão, "disse Mao." Os nanopilares de silício usados ​​em nosso estudo eram fixados epitaxialmente em pastilhas de silício. Esta geometria de amostra, combinado com técnicas avançadas de nanomanipulação, permite uma orientação de amostra muito estável necessária para imagens de TEM de alta resolução durante a compressão contínua dos cristais de silício em alto nível de estresse. "

p As técnicas demonstradas neste estudo fornecem um método poderoso para estudos futuros de respostas mecânicas em materiais ligados covalentemente. "Nossa observação em escala atômica fornece informações detalhadas sem precedentes de como o silício se deforma e se transforma em amorfo; isso deve motivar mais investigação experimental e de modelagem de respostas mecânicas em materiais ligados covalentemente, "disse Mao.

p Outros pesquisadores neste estudo incluem Chongmin Wang, um cientista sênior do Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico; Yang He e Li Zhong, Pitt Ph.D. alunos do laboratório de Mao; e Feifei Fan, um ex-Georgia Tech Ph.D. estudante do laboratório de Zhu e atual professor assistente da Universidade de Nevada, Reno.