Een team van onderzoekers van het AMBER-centrum in Trinity College Dublin, hebben een doorbraak gemaakt op het gebied van materiaalontwerp - een die de algemeen aanvaarde visie op de vraag hoe de fundamentele bouwstenen van materie samenkomen om materialen te vormen, uitdaagt.

Professor John Bolland, Hoofdonderzoeker in AMBER en Trinity's School of Chemistry, onderzoeker dr. Xiaopu Zhang, met professoren Adrian Sutton en David Srolovitz van Imperial College London en University of Pennsylvania, hebben aangetoond dat de korrelige bouwstenen in koper nooit perfect in elkaar passen, maar worden geroteerd, waardoor een onverwacht niveau van verkeerde uitlijning en oppervlakteruwheid ontstaat. Dit gedrag, die voorheen onopgemerkt bleef, is van toepassing op veel andere materialen dan koper en zal belangrijke implicaties hebben voor hoe materialen in de toekomst worden gebruikt en ontworpen. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift, Wetenschap . De Intel Corp. Components Research Group werkte ook mee aan de publicatie.

Elektrisch, thermische en mechanische eigenschappen worden bepaald door hoe de korrels in een materiaal met elkaar zijn verbonden. Tot nu, men dacht dat granen, die uit miljoenen atomen bestaan, gewoon samenpakken als blokken op een tafelblad, met hier en daar kleine gaatjes. Professor Boland en zijn team hebben voor het eerst aangetoond dat korrels van nanoformaat in koper daadwerkelijk op en neer kantelen om richels en valleien in het materiaal te creëren. Nanokristallijne metalen zoals koper worden veel gebruikt als elektrische contacten en verbindingen binnen geïntegreerde schakelingen. Dit nieuwe begrip op nanoschaal zal van invloed zijn op hoe deze materialen worden ontworpen, uiteindelijk efficiëntere apparaten mogelijk maken, door de weerstand tegen stroom te verminderen en de levensduur van de batterij in draagbare apparaten te verlengen.

Professor John Bolland, Hoofdonderzoeker in AMBER en Trinity's School of Chemistry, zei, "Ons onderzoek heeft aangetoond dat het onmogelijk is om perfect vlakke nanoschaalfilms van koper en andere metalen te vormen. Er is altijd aangenomen dat de grens tussen de korrels in deze materialen loodrecht op het oppervlak staat. Onze resultaten laten zien dat deze grenzen in veel gevallen de voorkeur geven aan onder een hoek staan, waardoor de korrels gaan draaien, resulterend in onvermijdelijke opruwen. Dit verrassende resultaat was gebaseerd op ons gebruik van scanning tunneling microscopie waarmee we voor het eerst de driedimensionale structuur van korrelgrenzen konden meten, inclusief de precieze hoeken tussen aangrenzende korrels."

Hij voegde toe, "Belangrijker, we hebben nu een blauwdruk voor wat er moet gebeuren in een breed scala aan materialen en we ontwikkelen strategieën om het niveau van graanrotatie te beheersen. Als we succesvol zijn, zullen we de capaciteit hebben om materiaaleigenschappen op een ongekend niveau te manipuleren, niet alleen van invloed zijn op consumentenelektronica, maar ook op andere gebieden zoals medische implantaten en diagnostiek. Dit onderzoek plaatst Ierland opnieuw in de voorhoede van materiaalinnovatie en design."