Un team di ricercatori del centro AMBER con sede al Trinity College di Dublino, hanno fatto un passo avanti nell'area del design dei materiali, che sfida la visione comune su come gli elementi costitutivi fondamentali della materia si uniscono per formare i materiali.

Professor John Boland, Principal Investigator in AMBER e Trinity's School of Chemistry, ricercatore Dott. Xiaopu Zhang, con i professori Adrian Sutton e David Srolovitz dell'Imperial College di Londra e dell'Università della Pennsylvania, hanno dimostrato che i mattoni granulari in rame non possono mai combaciare perfettamente, ma vengono ruotati causando un livello imprevisto di disallineamento e rugosità superficiale. Questo comportamento, che in precedenza non era stato rilevato, si applica a molti materiali oltre al rame e avrà importanti implicazioni sul modo in cui i materiali vengono utilizzati e progettati in futuro. La ricerca è stata pubblicata oggi sulla prestigiosa rivista, Scienza . Anche l'Intel Corp. Components Research Group ha collaborato alla pubblicazione.

Elettrico, le proprietà termiche e meccaniche sono controllate dal modo in cui i grani di un materiale sono collegati tra loro. Fino ad ora, si pensava che i grani, che sono formati da milioni di atomi, semplicemente impacchettali insieme come blocchi sul piano di un tavolo, con piccole lacune qua e là. Il professor Boland e il suo team hanno dimostrato per la prima volta che i grani di rame di dimensioni nanometriche si inclinano effettivamente su e giù per creare creste e valli all'interno del materiale. I metalli nanocristallini come il rame sono ampiamente utilizzati come contatti elettrici e interconnessioni all'interno di circuiti integrati. Questa nuova comprensione su scala nanometrica avrà un impatto sul modo in cui questi materiali sono progettati, in definitiva consentendo dispositivi più efficienti, riducendo la resistenza al flusso di corrente e aumentando la durata della batteria nei dispositivi portatili.

Professor John Boland, Principal Investigator in AMBER e Trinity's School of Chemistry, disse, "La nostra ricerca ha dimostrato che è impossibile formare pellicole su scala nanometrica perfettamente piatte di rame e altri metalli. Si è sempre ritenuto che il confine tra i grani in questi materiali fosse perpendicolare alla superficie. I nostri risultati mostrano che in molti casi questi confini preferiscono essere in un angolo, che costringe i grani a ruotare, con conseguente inevitabile irruvidimento. Questo risultato sorprendente si è basato sul nostro uso della microscopia a scansione a effetto tunnel che ci ha permesso di misurare per la prima volta la struttura tridimensionale dei bordi dei grani, compresi gli angoli precisi tra grani adiacenti."

Ha aggiunto, "Ma ancora più importante, ora abbiamo un progetto per ciò che dovrebbe accadere in una vasta gamma di materiali e stiamo sviluppando strategie per controllare il livello di rotazione del grano. In caso di successo, avremo la capacità di manipolare le proprietà dei materiali a un livello senza precedenti, con un impatto non solo sull'elettronica di consumo, ma su altre aree come gli impianti medici e la diagnostica. Questa ricerca pone l'Irlanda ancora una volta in prima linea nell'innovazione dei materiali e nel design".