Mecánica multiescala del silicio amorfo
A diferencia de los retículos bien ordenados del silicio (Si) cristalino, el Si amorfo consta de átomos que forman una red aleatoria continua. El enorme interés científico que despiertan las aplicaciones de los materiales basados en el silicio amorfo (dióxido de silicio, SiO2) ha puesto de manifiesto la dificultad que presenta la descripción de su respuesta mecánica a escala atómica. La financiación por parte de la UE del proyecto PLASTAMORPH ha contribuido a desarrollar una descripción teórica unificada de estos materiales en diferentes escalas de longitud. El modelado multiescala ha aportado información acerca del papel de los mecanismos físicos a escala atómica en la conformación de los fenómenos macroscópicos. Contar con una descripción precisa de los comportamientos a escalas de longitud pequeña ayudará a superar los problemas de plasticidad (deformación) y fatiga en los dispositivos basados en el silicio. El equipo del proyecto estableció cuatro objetivos técnicos. Un mejor conocimiento de la respuesta mecánica local de los materiales basados en el silicio amorfo debería estar asociado a su comportamiento reológico macroscópico. Los investigadores también intentaron caracterizar el comportamiento vibratorio de los materiales e investigar los efectos de la presión sobre los nanopilares de Si, que están despertando un creciente interés debido a sus aplicaciones en la optoelectrónica. Mediante el uso de simulaciones de dinámica molecular basadas en algoritmos de dinámica multicuerpo, los investigadores han analizado los efectos del cizallamiento (condiciones estáticas) y de la velocidad de cizallamiento (condiciones que varían con el tiempo) además de la direccionalidad de la unión en la respuesta mecánica a escala pequeña. Las simulaciones aportaron pruebas acerca de dos tipos de reorganización plástica: la nucleación de sucesos aislados y las reorganizaciones tipo avalancha. Los estudios de las propiedades vibratorias del modelo de Si amorfo arrojaron luz sobre las propiedades poco comunes de los materiales amorfos. En particular, los científicos demostraron que no es de aplicación la descripción clásica en la que cualquier vibración arbitraria puede describirse como la superposición de vibraciones elementales. Finalmente, se llevaron a cabo investigaciones numéricas acerca de las propiedades mecánicas de los nanopilares en función de su tamaño que demostraron que la disminución de la presión interna es una función del cuadrado del radio del nanopilar. PLASTAMORPH ha aportado datos importantes relacionados con el comportamiento a escala atómica de los materiales basados en el silicio amorfo, colmando así una importante laguna de conocimientos que anteriormente impedía su pleno aprovechamiento en los dispositivos optoelectrónicos. Ahora, el control de la deformación y de la fatiga es una posibilidad real. Además de allanar el camino para el futuro desarrollo de materiales basados en el silicio amorfo, los modelos constituirán una parte integral del estudio de los sólidos amorfos para una variedad de aplicaciones.
