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  • I fili minuscoli cambiano il comportamento su scala nanometrica

    Un nanofilo di cristallo singolo mostra prove di gemellaggio sotto carico di trazione in questa immagine al microscopio elettronico. Un nuovo studio del laboratorio della Rice University di Jun Lou ha stabilito che minuscoli fili d'oro cambiano il loro comportamento su scala nanometrica. (Credito:Lou Lab/Rice University)

    I sottili fili d'oro spesso utilizzati nelle applicazioni elettroniche di fascia alta sono meravigliosamente flessibili e conduttivi. Ma queste qualità non si applicano necessariamente agli stessi fili su scala nanometrica.

    Un nuovo studio della Rice University rileva che i fili d'oro larghi meno di 20 nanometri possono diventare "fragili" sotto stress. Appare sul giornale Materiali funzionali avanzati.

    L'articolo dello scienziato dei materiali della Rice Jun Lou e del suo laboratorio mostra in dettaglio microscopico cosa succede ai nanofili sotto il tipo di deformazione a cui sarebbero ragionevolmente sottoposti, ad esempio, elettronica flessibile.

    La loro tecnica fornisce all'industria un modo per vedere come i nanofili fatti di oro, d'argento, tellurio, è probabile che il palladio e il platino reggano nei dispositivi nanoelettronici di prossima generazione.

    Lou e il suo team avevano già stabilito che i fili metallici hanno proprietà uniche su scala nanometrica. Sapevano che tali fili subiscono un'ampia deformazione plastica e quindi si fratturano sia su scala micro che su scala nanometrica. In quel processo, i materiali sottoposti a stress mostrano "necking"; questo è, si deformano in una regione specifica e poi si allungano fino a un punto prima di rompersi.

    "L'oro è estremamente duttile, " ha detto Lou, un assistente professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali. "Ciò significa che puoi allungarlo, e può sopportare spostamenti molto grandi.

    "Ma in questo lavoro, abbiamo scoperto che l'oro non è necessariamente molto duttile su scala nanometrica. Quando lo sottolineiamo in un modo leggermente diverso, possiamo formare un difetto chiamato gemello."

    Questa serie di immagini al microscopio elettronico mostra un nanofilo d'oro con diversi confini gemelli, che si presentano come linee scure. Il filo si rompe nel sito di un solco che appare nella parte inferiore del gemello. (Credito:Lou Lab/Rice University)

    Il termine "gemellaggio" deriva dalla struttura atomica speculare del difetto, che è unico per i cristalli. "Al confine, gli atomi sui lati sinistro e destro si rispecchiano esattamente l'un l'altro, "Ha detto Lou. I gemelli nei nanofili appaiono come linee scure attraverso il filo sotto un microscopio elettronico.

    "Il materiale non è esattamente fragile, come il vetro o la ceramica, che frattura con no, o molto poco, duttilità, " ha detto. "In questo caso, lo chiamiamo fragile, il che significa che ha una duttilità significativamente ridotta. Ce n'è ancora qualcuno, ma il comportamento alla frattura è diverso dal normale necking".

    I loro esperimenti su 22 fili d'oro di meno di 20 nanometri hanno comportato la delicata operazione di fissarli a un supporto per campioni di microscopio elettronico a trasmissione/microscopio a forza atomica e quindi tirarli a velocità di caricamento costante. I gemelli sono comparsi sotto la componente di taglio dello stress, che ha costretto gli atomi a spostarsi nella posizione dei difetti superficiali e ha portato a una sorta di faglia tettonica su scala nanometrica attraverso il filo.

    "Una volta che hai quei tipi di siti di inizio del danno formati nel nanofilo, avrai molta meno duttilità. Il metallo si romperà prematuramente, "Ha detto Lou. "Non ci aspettavamo che tali formazioni a doppio confine avrebbero avuto effetti così profondi."

    Con la tecnologia attuale, è quasi impossibile allineare i punti di presa su entrambi i lati del filo, quindi la forza di taglio sui nanofili era inevitabile. "Ma questo tipo di modalità di caricamento si incontrerà inevitabilmente nel mondo reale, " ha detto. "Non possiamo immaginare che tutti i nanofili in un'applicazione saranno sollecitati in modo perfettamente uniassiale".

    Lou ha affermato che i risultati sono importanti per i produttori che pensano di utilizzare l'oro come elemento nanomeccanico. "Realisticamente, potresti avere un angolo di stress fuori asse, e se questi gemelli si formano, avresti meno duttilità di quanto ti aspetteresti. Quindi i criteri di progettazione dovrebbero cambiare.

    "Questo è fondamentalmente il messaggio centrale di questo articolo:non lasciarti ingannare dalla definizione tradizionale di 'duttile, '", ha detto. "Su scala nanometrica, le cose possono andare diversamente".


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