Cuando Valery Levitas abandonó Europa en 1999, empacó una celda de yunque de diamante rotacional y la trajo a Estados Unidos.Él y los investigadores de su grupo todavía están usando una versión muy avanzada de esa herramienta de presión y torsión para apretar y cortar materiales entre dos diamantes para ver in situ, dentro del experimento real, qué sucede y verificar las propias predicciones teóricas de los investigadores.

¿Cómo cambian, por ejemplo, las estructuras cristalinas?¿Produce eso propiedades nuevas y potencialmente útiles?¿El corte cambia la presión que se debe aplicar para crear nuevas fases de material?

Es una investigación "en la intersección de la mecánica avanzada, la física,ciencia de materialesy matemáticas aplicadas", escribió Levitas, Profesor Distinguido de Ingeniería Anson Marston de la Universidad Estatal de Iowa y Cátedra Murray Harpole de Ingeniería.

Uno de los últimos hallazgos de Levitas y sus colaboradores es que el silicio, un material importante para la electrónica, tiene transformaciones de fase inusuales cuando se presiona y se corta con deformaciones grandes y plásticas, o permanentes.

el diarioComunicaciones de la naturalezarecientementepublicadolos hallazgos.Los autores correspondientes son Levitas;y Sorb Yesudhas, investigador asociado postdoctoral del estado de Iowa eningeniería aeroespacialy el experimentalista clave.Los coautores son Feng Lin, anteriormente del estado de Iowa;KKPandey, ex miembro del estado de Iowa y ahora en el Centro de Investigación Atómica Bhabha en India;y Jesse Smith, del Equipo de Acceso Colaborativo de Alta Presión del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, donde el grupo realizó experimentos de difracción de rayos X in situ.

Los investigadores reconocen que se han realizado muchos estudios sobre los cambios del silicio bajo alta presión, pero no sobre el silicio bajo presión y la deformación plástica por cizallamiento.En este caso, sometieron tres tamaños de partículas de silicio (1 millonésima de metro, 30 milmillonésimas de metro y 100 milmillonésimas de metro) a las tensiones únicas de la celda de yunque de diamante rotacional.

Estas "transformaciones de fase inducidas por la deformación plástica son completamente diferentes y prometen numerosos descubrimientos", escribieron los investigadores.

Un experimento a temperatura ambiente con muestras de silicio de 100 milmillonésimas de metro de ancho encontró que presiones de 0,3 gigapascales, una unidad común para medir la presión, y deformaciones plásticas transformaron la fase cristalina llamada "Si-I" del silicio en "Si-II".Sólo bajo alta presión, esa transformación comienza en 16,2 gigapascales.

"La presión se reduce en un factor de 54", escribieron los autores.

Se trata de un hallazgo experimental revolucionario, afirmó Levitas.

"Uno de nuestros objetivos es reducir las presiones de transformación", afirmó."Así que trabajamos en una región que otros investigadores suelen ignorar: presiones muy bajas".

Además, dijo, el objetivo de las deformaciones materiales de los investigadores no es cambiar la forma o el tamaño de las muestras de material.

"La parte clave es cambiar la microestructura", dijo Levitas."Eso hace los cambios que producen transformaciones de fase".

Y las diferentes estructuras de la red cristalina de las diferentes fases (este artículo considera siete fases del silicio) ofrecen diferentes propiedades que podrían ser útiles en aplicaciones industriales del mundo real.

"Obtener las fases puras nanoestructuradas deseadas o la mezcla de fases (nanocompuestos) con óptimas características electrónicas, ópticas ypropiedades mecánicases posible con esta técnica", escribieron los investigadores.

Es una técnica que la industria podría encontrar interesante.

"Trabajar con presiones muy altas para estas transformaciones de fase no es práctico para la industria", afirmó Levitas."Pero con las deformaciones plásticas podemos llegar a estas tradicionalmentealta presiónfases, propiedades y aplicaciones a presiones muy modestas."

Después de 20 años de pensar y teorizar sobre estas cuestiones materiales, Levitas dijo que esperaba la respuesta inusual del silicio a las tensiones en la celda rotacional del yunque de diamante.

"Si no hubiera esperado transformaciones de fase a bajas presiones, nunca lo habríamos comprobado", dijo."Estos experimentos confirman nuestras diversas predicciones teóricas y también abren nuevos desafíos para la teoría".