Tunna guldtrådar som ofta används i avancerade elektroniska applikationer är fantastiskt flexibla och ledande. Men dessa egenskaper gäller inte nödvändigtvis samma trådar på nanoskala.

En ny studie från Rice University visar att guldtrådar som är mindre än 20 nanometer breda kan bli "spröda" under stress. Det framgår av tidningen Avancerade funktionella material.

Papperet av Rice -materialforskaren Jun Lou och hans laboratorium visar i mikroskopisk detalj vad som händer med nanotrådar under de påfrestningar som de rimligen skulle genomgå, till exempel, flexibel elektronik.

Deras teknik ger ett sätt för industrin att se hur nanotrådar av guld, silver, tellur, palladium och platina kommer sannolikt att hålla i nästa generations nanoelektroniska enheter.

Lou och hans team hade redan fastställt att metalltrådar har unika egenskaper på nanoskala. De visste att sådana ledningar genomgår omfattande plastisk deformation och sedan fraktur på både mikro- och nanoskala. I den processen, material under stress uppvisar "nackning"; det är, de deformeras i en specifik region och sträcker sig sedan ner till en punkt innan de så småningom går sönder.

"Guld är extremt smidigt, "sa Lou, en biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap. "Det betyder att du kan sträcka ut det, och den tål mycket stora förskjutningar.

"Men i detta arbete, vi upptäckte att guld inte nödvändigtvis är särskilt segt på nanoskala. När vi betonar det på ett lite annorlunda sätt, vi kan bilda en defekt som kallas en tvilling. "

Termen "vänskap" kommer från defektens spegellika atomstruktur, som är unik för kristaller. "Vid gränsen, atomerna på vänster och höger sida speglar exakt varandra, "Sa Lou. Tvillingar i nanotrådar dyker upp som mörka linjer över tråden under ett elektronmikroskop.

"Materialet är inte precis sprött, som glas eller keramik, vilken fraktur utan eller väldigt lite, duktilitet, "sa han." I det här fallet, vi kallar det sprött-liknande, vilket innebär att det har signifikant minskad duktilitet. Det finns fortfarande några, men frakturbeteendet skiljer sig från vanlig nackning. "

Deras experiment med 22 guldtrådar på mindre än 20 nanometer involverade den känsliga funktionen att klämma fast dem på ett provhållare för transmissionselektronmikroskop/atomkraftmikroskop och sedan dra dem med konstant laddningshastighet. Tvillingar dök upp under spänningens skjuvkomponent, som tvingade atomer att skifta vid platsen för ytdefekter och ledde till ett slags nanoskala tektoniskt fel över tråden.

"När du väl har den typen av skadeinitieringsplatser bildade i nanotråden, du kommer att ha mycket mindre duktilitet. Metallen går sönder i förtid, "Sa Lou." Vi förväntade oss inte att sådana tvillinggränsformationer skulle få så djupa effekter. "

Med nuvarande teknik, det är nästan omöjligt att justera grepppunkterna på vardera sidan av tråden, så skjuvkraft på nanotrådarna var oundviklig. "Men denna typ av laddningsläge kommer oundvikligen att påträffas i den verkliga världen, "sa han." Vi kan inte föreställa oss att alla nanotrådar i en applikation kommer att betonas på ett helt enaxligt sätt. "

Lou sa att resultaten är viktiga för tillverkare som tänker använda guld som ett nanomekaniskt element. "Realistiskt, du kan ha en spänningsvinkel utanför axeln, och om dessa tvillingar bildas, du skulle ha mindre duktilitet än du förväntar dig. Då måste designkriterierna ändras.

"Det är i grunden det centrala budskapet i detta dokument:Låt dig inte luras av den traditionella definitionen av" duktil, "sa han." På nanoskala, saker kan hända annorlunda. "