Fili molto piccoli, chiamati nanofili, fatto di metalli come argento e oro, possono svolgere un ruolo cruciale come interruttori elettrici o meccanici nello sviluppo di nanodispositivi ultrapiccoli di futura generazione.
Far funzionare i nanodispositivi richiederà una profonda comprensione di come queste e altre nanostrutture possono essere progettate e fabbricate, nonché dei loro punti di forza e di debolezza risultanti. Il modo in cui le proprietà meccaniche cambiano su scala nanometrica è di fondamentale interesse e può avere implicazioni per una varietà di nanostrutture e nanodispositivi.
Un importante fattore limitante per questa comprensione è stato che gli esperimenti per testare come si deformano i nanofili sono molte volte più lenti di quanto possano andare le simulazioni al computer, con conseguente maggiore incertezza nelle previsioni di simulazione di quanto vorrebbero gli scienziati.
"Le simulazioni di dinamica molecolare esistono da molto tempo, ", ha affermato Arthur Voter della Divisione Teorica del Los Alamos National Laboratory. "Ma le simulazioni non sono mai state in grado di imitare la resistenza alla trazione atomica dei nanofili su scale temporali che si avvicinano persino alla realtà sperimentale".
Utilizzando il metodo della "dinamica della replica parallela" per raggiungere scale temporali lunghe sviluppate da Voter, i membri del team di Voter hanno adattato il loro codice informatico per sfruttare l'architettura ibrida del supercomputer Roadrunner, consentendo loro di eseguire la prima simulazione in assoluto di un nanofilo d'argento allungato per un periodo di un millisecondo, o un millesimo di secondo, un tempo che si avvicina a ciò che può essere testato sperimentalmente.
"Supercomputer più grandi hanno reso possibile eseguire simulazioni su sistemi sempre più grandi, ma non hanno aiutato molto a raggiungere tempi più lunghi:il meglio che possiamo fare è ancora circa un milionesimo di secondo. Però, con l'algoritmo di replica parallela, possiamo utilizzare il gran numero di processori per "parallelizzare" il tempo, " ha detto Voter. "Roadrunner è l'ideale per questo algoritmo, quindi ora possiamo fare simulazioni migliaia di volte più lunghe di questa."
Con questo nuovo strumento, gli scienziati possono studiare meglio cosa fanno i nanofili sotto stress. "A tempi più lunghi vediamo effetti interessanti. Quando i fili vengono tesi più lentamente, il loro comportamento cambia:i meccanismi di deformazione e guasto sono molto diversi da quelli che abbiamo visto su scale temporali più brevi, " ha detto Elettore.
Attraverso queste simulazioni, L'elettore e il suo team stanno sviluppando una migliore comprensione di come si comportano i materiali quando vengono ridotti alla scala di dimensioni di un nanometro, o un miliardesimo di metro. "A questa scala, il moto di un solo atomo può modificare le proprietà meccaniche o elettriche del materiale, "ha detto l'elettore, "quindi è davvero utile avere uno strumento in grado di darci la piena risoluzione atomica su scale temporali realistiche, quasi come se stessimo osservando ogni atomo mentre l'esperimento procede."
Fonte:Los Alamos National Laboratory (notizie:web)
