Mycket små trådar, kallas nanotrådar, gjorda av metaller som silver och guld, kan spela en avgörande roll som elektriska eller mekaniska brytare i utvecklingen av framtida generationens ultrasmå nanoenheter.

Att få nanoenheter att fungera kommer att kräva en djup förståelse för hur dessa och andra nanostrukturer kan konstrueras och tillverkas samt deras styrkor och svagheter. Hur mekaniska egenskaper förändras på nanoskala är av grundläggande intresse och kan ha konsekvenser för en mängd olika nanostrukturer och nanoenheter.

En stor begränsande faktor för denna förståelse har varit att experiment för att testa hur nanotrådar deformeras är många gånger långsammare än datorsimuleringar kan gå, vilket resulterar i mer osäkerhet i simuleringsförutsägelserna än vad forskare skulle önska.

"Simuleringar av molekylär dynamik har funnits länge, ", sa Arthur Voter från Theoretical Division vid Los Alamos National Laboratory. "Men simuleringarna har aldrig tidigare kunnat efterlikna nanotrådarnas atomistiska draghållfasthet på tidsskalor som till och med kommer nära experimentell verklighet."

Genom att använda metoden "parallell-replikdynamik" för att nå långa tidsskalor som Voter utvecklat, medlemmar av Voters team anpassade sin datorkod för att utnyttja Roadrunners superdators hybridarkitektur, så att de kan utföra den första simuleringen någonsin av en sträckande silver nanotråd under en period av en millisekund, eller en tusendels sekund, en tid som närmar sig det som kan testas experimentellt.

"Större superdatorer har gjort det möjligt att utföra simuleringar på större och större system, men de har inte hjälpt mycket med att nå längre tider -- det bästa vi kan göra är fortfarande ungefär en miljondels sekund. Dock, med parallell-replikalgoritmen, vi kan använda det stora antalet processorer för att "parallisera" tid, " sa väljaren. "Roadrunner är idealiskt lämpad för denna algoritm, så nu kan vi göra simuleringar tusentals gånger längre än så här."

Med detta nya verktyg, forskare kan bättre studera vad nanotrådar gör under stress. "På längre tidsskalor ser vi intressanta effekter. När trådarna sträcks långsammare, deras beteendeförändringar -- deformations- och felmekanismerna är mycket annorlunda än vad vi har sett på kortare tidsskalor, sa väljaren.

Genom dessa simuleringar, Väljare och hans team utvecklar en bättre förståelse för hur material beter sig när de reduceras till en nanometerskala, eller en miljarddels meter. "I denna skala, rörelsen av bara en enda atom kan förändra materialets mekaniska eller elektriska egenskaper, sa väljaren, "så det är verkligen användbart att ha ett verktyg som kan ge oss full atomupplösning på realistiska tidsskalor, nästan som om vi tittar på varje atom när experimentet fortskrider."

Källa:Los Alamos National Laboratory (nyheter:webb)