I vetri metallici, le leghe prive della struttura cristallina che normalmente si trova nei metalli, sono un interessante obiettivo di ricerca per applicazioni allettanti, comprese le articolazioni artificiali e altri dispositivi di impianto medico. Però, le difficoltà associate alla previsione della quantità di energia rilasciata da questi materiali quando si fratturano rallentano lo sviluppo di prodotti metallici a base di vetro.

Recentemente, una coppia di ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute di Troia, New York, sviluppato un nuovo modo di simulare a livello atomico come si comportano i vetri metallici quando si fratturano. Questa nuova tecnica di modellazione potrebbe migliorare la progettazione dei materiali assistita da computer e aiutare i ricercatori a determinare le proprietà dei vetri metallici. Il duo riporta i loro risultati nel Rivista di fisica applicata .

"Fino ad ora, però, non esisteva un modo praticabile per misurare una qualità nota come "energia di frattura, ' una delle più importanti proprietà di frattura dei materiali, nelle simulazioni a livello atomico, " ha detto Yunfeng Shi, un autore sulla carta.

L'energia di frattura è una proprietà fondamentale di qualsiasi materiale. Descrive l'energia totale rilasciata, per unità di area, delle superfici di frattura appena create in un solido. "Conoscere questo valore è importante per capire come si comporterà un materiale in condizioni estreme e può prevedere meglio come qualsiasi materiale si romperà, " disse Binghui Deng, un altro autore sulla carta.

In linea di principio, qualsiasi lega può essere trasformata in un vetro metallico controllando le condizioni di produzione come la velocità di raffreddamento. Per selezionare il materiale appropriato per una particolare applicazione, i ricercatori devono sapere come si comporterà ogni lega sotto stress.

Per capire come si comportano le diverse leghe in condizioni diverse, i ricercatori hanno utilizzato uno strumento computazionale chiamato dinamica molecolare. Questo metodo di modellazione al computer tiene conto della forza, posizione e velocità di ogni atomo in un sistema virtuale.

Inoltre, i calcoli per il modello sono costantemente aggiornati con informazioni su come le fratture si sono diffuse in un campione. Questo tipo di apprendimento euristico del computer può approssimare al meglio le condizioni del mondo reale tenendo conto di cambiamenti casuali come le fratture in un materiale.

Il loro modello spiega la complessa interazione tra la perdita di energia elastica immagazzinata da una frattura in eruzione, e quanto la superficie della fessura appena creata compensa quella perdita di energia.

"La progettazione dei materiali assistita dal computer ha svolto un ruolo significativo nella produzione ed è destinata a svolgere ruoli molto più importanti in futuro, " disse Shi.