Les scientifiques des matériaux étudient les métaux, polymères, et d'autres substances au niveau atomique afin de trouver de nouvelles façons de contrôler les propriétés physiques d'un matériau, comme sa force ou sa malléabilité. Un aspect clé de cette ligne d'étude est de mieux comprendre comment les atomes d'un matériau sont disposés spatialement - la plupart des métaux, par exemple, se composent d'atomes qui sont arrangés dans un motif en forme de réseau qui se répète régulièrement.

Alors que tous les atomes d'un morceau de métal peuvent avoir le même schéma général, différentes régions du matériau peuvent avoir le motif dans des orientations différentes. Ces régions, ou "graines, " sont comme des carrés dans une courtepointe en patchwork entièrement faite du même tissu à motifs, mais où chaque carré est tourné de 90 degrés par rapport à ses voisins. Comprendre où ces différents grains se touchent, appelés joints de grains, sont cruciaux pour les scientifiques des matériaux car c'est là que les défauts, corrosions, ou des dommages sont les plus susceptibles de se produire. En outre, il est également important de savoir à quelle vitesse les grains se croisent quand, par exemple, un matériau est mis sous pression, parce que la dynamique des joints de grains dicte comment on pourrait potentiellement imprégner un matériau d'une propriété spécifique.

Une équipe d'ingénieurs de Penn a récemment publié une recherche qui fournit une compréhension mathématique plus approfondie des facteurs qui régissent la dynamique des joints de grains. À l'aide de simulations moléculaires et de modèles statistiques, ils "démontrent le caractère fondamental" de la mobilité des joints de grains. Être capable de relier le comportement des joints de grains aux forces externes pourrait aider les ingénieurs à déterminer lequel des deux points finaux cibler lorsqu'ils cherchent à imprégner les matériaux de propriétés uniques ou souhaitées.

Leurs travaux ont été publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .