Les verres métalliques - des alliages dépourvus de la structure cristalline normalement trouvée dans les métaux - sont une cible de recherche passionnante pour des applications alléchantes, y compris les articulations artificielles et autres implants médicaux. Cependant, les difficultés liées à la prévision de la quantité d'énergie libérée par ces matériaux lorsqu'ils se fracturent ralentissent le développement de produits à base de verre métallique.

Récemment, une paire de chercheurs de l'Institut polytechnique Rensselaer de Troie, New York, a développé une nouvelle façon de simuler au niveau atomique comment les verres métalliques se comportent lorsqu'ils se fracturent. Cette nouvelle technique de modélisation pourrait améliorer la conception de matériaux assistée par ordinateur et aider les chercheurs à déterminer les propriétés des verres métalliques. Le duo rapporte ses découvertes dans le Journal de physique appliquée .

"Jusqu'à maintenant, cependant, il n'y a pas eu de moyen viable de mesurer une qualité connue sous le nom d'« énergie de fracture, ' l'une des propriétés de rupture les plus importantes des matériaux, dans les simulations au niveau atomique, " dit Yunfeng Shi, un auteur sur le papier.

L'énergie de rupture est une propriété fondamentale de tout matériau. Il décrit l'énergie totale libérée - par unité de surface - des surfaces de fracture nouvellement créées dans un solide. "Connaître cette valeur est important pour comprendre comment un matériau se comportera dans des conditions extrêmes et peut mieux prédire comment un matériau va échouer, " a déclaré Binghui Deng, un autre auteur sur le papier.

En principe, tout alliage peut être transformé en un verre métallique en contrôlant les conditions de fabrication comme la vitesse de refroidissement. Pour sélectionner le matériau approprié pour une application particulière, les chercheurs doivent savoir comment chaque alliage se comportera sous contrainte.

Pour comprendre comment différents alliages se comportent dans différentes conditions, les chercheurs ont utilisé un outil informatique appelé dynamique moléculaire. Cette méthode de modélisation informatique rend compte de la force, position et vitesse de chaque atome dans un système virtuel.

En outre, les calculs du modèle sont constamment mis à jour avec des informations sur la propagation des fractures dans un échantillon. Ce type d'apprentissage informatique heuristique peut mieux se rapprocher des conditions du monde réel en tenant compte des changements aléatoires comme les fractures dans un matériau.

Leur modèle rend compte de l'interaction complexe entre la perte d'énergie élastique stockée d'une fracture en éruption, et combien la surface nouvellement créée de la fissure compense cette perte d'énergie.

"La conception de matériaux assistée par ordinateur a joué un rôle important dans la fabrication et elle est destinée à jouer des rôles bien plus importants à l'avenir, " dit Shi.