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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón han utilizado inteligencia artificial para descubrir un nuevo método para comprender pequeños defectos llamados dislocaciones en materiales policristalinos, materiales comúnmente utilizados en dispositivos de información, células solares y dispositivos electrónicos, que pueden reducir la eficiencia de dichos dispositivos.
Los resultados fueron publicados en la revista. Materiales avanzados (“Informática multicristalina aplicada al silicio multicristalino para dilucidar la causa raíz microscópica de la generación de dislocaciones”).
Casi todos los dispositivos que utilizamos en nuestra vida moderna contienen un componente policristalino. Desde su teléfono inteligente hasta su computadora y los metales y cerámicas de su automóvil. Sin embargo, los materiales policristalinos son difíciles de utilizar debido a sus estructuras complejas. Además de su composición, el rendimiento de un material policristalino está influenciado por su compleja microestructura, dislocaciones e impurezas.
Un problema importante con el uso de policristales en la industria es la formación de pequeños defectos cristalinos causados por el estrés y los cambios de temperatura. Éstas se denominan dislocaciones y pueden alterar la disposición regular de los átomos en la red, afectando la conducción eléctrica y el rendimiento general. Para reducir la probabilidad de fallo de los dispositivos que utilizan materiales policristalinos, es importante comprender cómo se forman estas dislocaciones.
Un equipo de investigación de la Universidad de Nagoya dirigido por el profesor Noritaka Usami, que incluía al profesor Tatsuya Yokoi y al profesor asociado Hiroaki Kudo, así como a colaboradores, utilizó una nueva IA para analizar datos de imágenes de un material ampliamente utilizado en paneles solares llamado silicio policristalino. La IA creó un modelo 3D en el espacio virtual y ayudó al equipo a identificar las áreas donde los grupos de dislocaciones estaban afectando el rendimiento del material.
Después de identificar las áreas de grupos de dislocaciones, los investigadores utilizaron microscopía electrónica y cálculos teóricos para comprender cómo se formaron estas áreas. Revelaron distribuciones de tensiones en la red cristalina y encontraron estructuras en forma de escaleras en los límites entre los granos cristalinos. Estas estructuras parecen causar dislocaciones durante el crecimiento de los cristales. «Encontramos una nanoestructura especial en los cristales que está asociada con dislocaciones en estructuras policristalinas», dijo Usami.
Además de sus implicaciones prácticas, este estudio también podría tener implicaciones importantes para la ciencia del crecimiento y la deformación de los cristales. El modelo Haasen-Alexander-Sumino (HAS) es un marco teórico influyente que se utiliza para comprender el comportamiento de las dislocaciones en materiales. Pero Usami cree que descubrieron dislocaciones que el modelo Haasen-Alexander-Sumino pasó por alto.
Pronto se produjo otra sorpresa: cuando el equipo calculó la disposición de los átomos en estas estructuras, encontraron tensiones de unión por tracción inesperadamente grandes a lo largo del borde de las estructuras en forma de escalera, lo que provocó la formación de dislocaciones.
Usami explicó: “Como expertos que hemos estado estudiando esto durante años, nos sorprendió y emocionó ver finalmente evidencia de la presencia de dislocaciones en estas estructuras. Esto sugiere que podemos controlar la formación de grupos de dislocaciones controlando la dirección «que extiende el límite».
«Al extraer y analizar las regiones a nanoescala utilizando la informática de materiales policristalinos, que combina experimentación, teoría e inteligencia artificial, hemos hecho posible por primera vez esta elucidación de fenómenos en materiales policristalinos complejos», continuó Usami. “Esta investigación ilumina el camino hacia el establecimiento de directrices universales para materiales de alto rendimiento y pretende contribuir al desarrollo de materiales policristalinos innovadores. El impacto potencial de esta investigación se extiende más allá de las células solares y abarca todo, desde la cerámica hasta los semiconductores. Los materiales policristalinos se utilizan ampliamente en la sociedad y el rendimiento mejorado de estos materiales tiene el potencial de revolucionar la sociedad”.
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