Результаты суперкомпьютерного "путешествия к центру Земли" опубликованы в журнале Science. ЕГ

Любопытный эффект обнаружили теоретики из Массачусетского университета в Амхерсте. Оказывается, две хh2о известные неустойчивости поверхности твердых тел, приводящие к растрескиванию материалов под действием напряжений или к разрыву проводников текущим по ним током, могут эффективно компенсировать друг друга.

Каждый из нас наблюдал причудливую картину трещин, образовавшихся на старых полотнах великих художников или на грязи высохшей лужи. Несмотря на нерегулярность этих разрывов, расстояния между трещинами оказываются приблизительно равными. И подобные "картины" очень часто встречаются в природе, поскольку механизм их образования приблизительно один и тот же.

Возникающие в результате высыхания, тепловых напряжений или других причин растягивающие механические напряжения на поверхности приводят к развитию специфической неустойчивости. Если на поверхности случайно возник бугорок, то мигрирующим по поверхности атомам выгоднее задержаться на его вершине, поскольку там они слабее связаны с остальными атомами и меньше чувствуют растяжение. В результате бугорки начинают расти, а впадины по тем же причинам, наоборот, углубляться до тех пор, пока в них не образуются трещины. Причем характерный размер этих волн из бугров и впадин вполне определен свойствами поверхности и характером растяжения.

Похожая неустойчивость возникает при протекании электрического тока по поверхности проводников, который толкает диффундирующие по поверхности атомы. Этот процесс электромиграции может приводить к образованию "ям" на поверхности тонких проводников в интегральных схемах, росту их электрического сопротивления и, в конце концов, к выгоранию проводника.

Изучая электромиграцию, ученые с удивлением обнаружили, что эти две неустойчивости могут "гасить" друг друга и стабилизировать поверхность напряженных проводников с током. А как раз механических напряжений в чипах более чем достаточно. Дело в том, что скорость, с которой атомы могут двигаться вдоль поверхности, сильно зависит от ориентации кристаллических плоскостей материала по отношению к поверхности. Поэтому в определенных случаях образовавшаяся впадина быстро заполняется, а холм "срезается" за счет электромиграции атомов, движущихся "вниз" быстрее, чем "вверх".

Обнаруженное явление открывает новый путь стабилизации поверхностей проводников в чипах и, возможно, в других металлических наноструктурах. Быть может, именно оно объясняет давно подмеченную экспериментаторами странность: большинство из постоянно работающих электронных приборов ломается гораздо реже, чем те, которые стоят на полке без дела. И хотя пока не очень понятно, как именно можно использовать новый эффект на благо человеку, авторы надеются, что экспериментальное подтверждение их расчетов и практические приложения не заставят себя ждать. ГА

Галактион Андреев

Александр Бумагин

Егор Васильев

Владимир Головин

Евгений Гордеев

Артем Захаров

Евгений Золотов

Сергей Кириенко

Денис Коновальчик

Игорь Куксов

Павел Протасов

Иван Прохоров

Дмитрий Шабанов