Fils très petits, appelés nanofils, fabriqués à partir de métaux tels que l'argent et l'or, pourraient jouer un rôle crucial en tant que commutateurs électriques ou mécaniques dans le développement de nanodispositifs ultrapetits de la future génération.

Faire fonctionner les nanodispositifs nécessitera une compréhension approfondie de la façon dont ces nanostructures et d'autres peuvent être conçues et fabriquées ainsi que leurs forces et faiblesses qui en résultent. La façon dont les propriétés mécaniques changent à l'échelle nanométrique est d'un intérêt fondamental et peut avoir des implications pour une variété de nanostructures et de nanodispositifs.

Un facteur limitant majeur à cette compréhension a été que les expériences pour tester comment les nanofils se déforment sont beaucoup plus lentes que les simulations informatiques peuvent aller, résultant en plus d'incertitude dans les prédictions de simulation que les scientifiques ne le souhaiteraient.

"Les simulations de dynamique moléculaire existent depuis longtemps, ", a déclaré Arthur Voter de la division théorique du Laboratoire national de Los Alamos. "Mais les simulations n'ont jamais été capables d'imiter la résistance à la traction atomique des nanofils à des échelles de temps qui se rapprochent même de la réalité expérimentale."

En utilisant la méthode de « dynamique de répliques parallèles » pour atteindre des échelles de temps longues développées par Voter, les membres de l'équipe de Voter ont adapté leur code informatique pour exploiter l'architecture hybride du supercalculateur Roadrunner, leur permettant d'effectuer la toute première simulation d'étirement d'un nanofil d'argent sur une période d'une milliseconde, ou un millième de seconde, un temps qui se rapproche de ce qui peut être testé expérimentalement.

"De plus gros supercalculateurs ont permis d'effectuer des simulations sur des systèmes de plus en plus gros, mais ils n'ont pas beaucoup aidé à atteindre des temps plus longs - le mieux que nous puissions faire est toujours d'environ un millionième de seconde. Cependant, avec l'algorithme de réplique parallèle, nous pouvons utiliser le grand nombre de processeurs pour « paralléliser » le temps, " a déclaré Voter. " Roadrunner est parfaitement adapté à cet algorithme, alors maintenant nous pouvons faire des simulations des milliers de fois plus longtemps que cela."

Avec ce nouvel outil, les scientifiques peuvent mieux étudier ce que font les nanofils sous contrainte. "A des échelles de temps plus longues, nous voyons des effets intéressants. Lorsque les fils sont étirés plus lentement, leur comportement change - les mécanismes de déformation et de défaillance sont très différents de ce que nous avons vu à des échelles de temps plus courtes, ", a déclaré l'électeur.

Grâce à ces simulations, Voter et son équipe développent une meilleure compréhension du comportement des matériaux lorsqu'ils sont réduits à l'échelle du nanomètre, ou un milliardième de mètre. « À cette échelle, le mouvement d'un seul atome peut modifier les propriétés mécaniques ou électriques du matériau, " a déclaré l'électeur, "Il est donc vraiment utile d'avoir un outil qui peut nous donner une résolution atomique complète sur des échelles de temps réalistes, presque comme si nous regardions chaque atome au fur et à mesure que l'expérience se déroule."

Source :Laboratoire national de Los Alamos (actualité :web)