(PhysOrg.com) -- Les scientifiques des matériaux savent que la force (ou la faiblesse) d'un métal est régie par des interactions de dislocation, un échange désordonné de lignes de faille se croisant qui se déplacent ou ondulent dans des cristaux métalliques. Mais que se passe-t-il lorsque les métaux sont fabriqués à l'échelle nanométrique ? Existe-t-il un moyen de rendre les métaux plus solides et plus ductiles en manipulant leurs nanostructures ?

Les scientifiques de l'Université Brown ont peut-être trouvé un moyen. Dans un article publié en La nature , Huajian Gao et des chercheurs de l'Université de l'Alabama et de la Chine rapportent un nouveau mécanisme qui régit la résistance maximale des métaux nanostructurés. En effectuant des simulations atomiques 3D de grains divisés de métaux nanostructurés, Gao et son équipe ont observé que les dislocations s'organisent de façon très ordonnée, motifs en forme de collier dans tout le matériau. La nucléation de ce modèle de dislocation est ce qui détermine la résistance maximale des matériaux, rapportent les chercheurs.

La découverte pourrait ouvrir la porte à une production plus forte, métaux plus ductiles, dit Gao, professeur d'ingénierie à Brown. "Il s'agit d'une nouvelle théorie régissant la force en science des matériaux, " Il a ajouté. " Son importance est qu'il révèle un nouveau mécanisme de résistance des matériaux qui est unique pour les matériaux nanostructurés. "

Diviser un grain de métal à l'aide d'une technique spécialisée, et les pièces peuvent révéler des limites dans le grain que les scientifiques appellent des limites jumelles. Ceux-ci sont généralement plats, surfaces cristallines qui reflètent les orientations cristallines à travers elles. Les auteurs chinois ont créé des frontières nanojumelées dans le cuivre et analysaient l'espace entre les frontières lorsqu'ils ont fait une observation intéressante :le cuivre s'est renforcé à mesure que l'espace entre les frontières a diminué de 100 nanomètres, atteignant finalement un pic de résistance à 15 nanomètres. Cependant, à mesure que l'espacement diminuait de 15 nanomètres, le métal s'est affaibli.

"C'est très déroutant, " dit Gao.

Alors Gao et Brown, étudiant diplômé, Xiaoyan Li, ont creusé un peu plus loin. Les scientifiques de Brown ont reproduit l'expérience de leurs collaborateurs dans des simulations informatiques impliquant 140 millions d'atomes. Ils ont utilisé un superordinateur du National Institute for Computational Sciences du Tennessee, ce qui leur a permis d'analyser les frontières des jumeaux à l'échelle atomique. A leur grande surprise, ils ont vu un phénomène entièrement nouveau :un modèle de dislocation hautement ordonné contrôlé par la nucléation s'était installé et dictait la résistance du cuivre. Le motif était caractérisé par des groupes d'atomes proches du noyau de dislocation et assemblés en ordre très ordonné, motifs en forme de collier.

"Ils ne se gênent pas. Ils sont très organisés, " dit Gao.

A partir des expériences et de la modélisation informatique, les chercheurs théorisent qu'à l'échelle nanométrique, la nucléation des dislocations peut devenir le principe directeur pour déterminer la force ou la faiblesse d'un métal. Les auteurs ont présenté une nouvelle équation dans l'article de Nature pour décrire le principe.

"Nos travaux fournissent pour la première fois un exemple concret d'un mécanisme de déformation contrôlée par la source dans des matériaux nanostructurés et, En tant que tel, peut s'attendre à avoir un impact profond sur le domaine de la science des matériaux, " dit Gao.