Cómo se deforman los sólidos amorfos: más allá de las dislocaciones

Cómo se deforman los sólidos amorfos: más allá de las dislocaciones

Los materiales sin estructura cristalina, como el vidrio o el carbono amorfo, no se doblan como los metales. Su deformación plástica e irreversible sigue un camino distinto, gobernado por mecanismos a escala atómica muy diferentes a los de los cristales. 🧊

El mecanismo clave: las zonas de transformación por corte

En los materiales cristalinos, las dislocaciones permiten que planos enteros de átomos se deslicen. En cambio, en los sólidos amorfos, la deformación se focaliza en regiones diminutas denominadas zonas de transformación por corte (STZ). Estos son conglomerados de varias decenas de átomos que, al someter el material a tensión, se reorganizan de forma local y no uniforme.

• Son el lugar donde comienza la deformación plástica en materiales sin orden cristalino.
• Implican un reagrupamiento cooperativo de un número reducido de átomos.
• Su activación marca la transición entre el comportamiento elástico y plástico del material.

Las STZ no son defectos aislados, sino los protagonistas de una compleja coreografía de deformación.

Avalanchas estructurales: cuando las zonas cooperan

Estas zonas no trabajan solas. Se comunican mediante campos elásticos de largo alcance. Cuando una STZ se activa, puede inducir la activación de otras en sus proximidades, desencadenando una reacción en cadena. Este fenómeno genera avalanchas estructurales, que son cascadas de eventos de deformación que se propagan coordinadamente por todo el sólido. La investigación se centra en analizar la dinámica, la energía y cómo se organizan estas avalanchas durante el proceso de deformar el material.

• Son el resultado de la interacción elástica entre múltiples STZ.
• Se propagan como una onda de reorganización atómica a través del material.
• Su estudio ayuda a predecir la resistencia y la fractura de los materiales amorfos.

Simulaciones que desvelan el paisaje energético

Para rastrear esta dinámica intrincada, se emplean simulaciones avanzadas que usan potenciales interatómicos entrenados con machine learning, junto con métodos numéricos como la pseudo-arclength continuation. Esta técnica permite seguir con precisión cada evento de avalancha, sin que los resultados dependan del paso de tiempo elegido para simular. Lo que revelan es la existencia de una estructura latente de mínimos de energía locales y separados, que el sistema explora justo antes de que ocurra una avalancha.

Así que, si alguna vez te preguntaste por qué un vidrio se raya con facilidad pero no se dobla como un metal, la respuesta está en su arquitectura atómica: sus átomos prefieren organizar revueltas locales en lugar de un desfile ordenado. 🔬