Bằng cách trộn một lượng vết (trace amount) đồng vào bạc, nhóm nghiên cứu cho thấy có thể chuyển đổi hai dạng khuyết tật quy mô nano (nanoscale) bên trong thành một cấu trúc nội tại mạnh mẽ do những tạp chất bị hút trực tiếp vào những khuyết tật này. Nói một cách khác, họ đã sử dụng một tạp chất đồng, một dạng pha tạp hay “hợp kim vi mô” để kiểm soát trạng thái khuyết tật trong bạc.
Dạng kim loại mới này là một phần của sự phát hiện có thể khởi đầu những tiến bộ khoa học trong chế tạo từ máy bay phản lực nhẹ hơn đến các pin mặt trời tốt hơn.
Ý tưởng ban đầu của phát minh này là mối quan hệ Hall-Petch, ngụ ý rằng khi kích thước của một tinh thể hay một hạt của vật liệu trở lên nhỏ hơn thì nó sẽ trở lên cứng vững hơn.
Thực tế cho thấy, khi các hạt kim loại đạt tới kích thước dưới một phần mười nano mét, thì đường biên của các hạt trở lên không ổn định và bắt đầu chuyển động. Để khắc phục điều này và tăng cường độ mạnh cho kim loại như bạc, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp được gọi là “các đường biên kép liên kết” - “coherent twin boundaries,” là một dạng đặc biệt của đường biên hạt. Các cấu trúc của những nguyên tử ghép thành cặp hình thành lên một mặt tiếp xúc tinh thể dạng gương đối xứng.
Trong một thông báo mới đây, nhóm nghiên cứu người Mỹ đã giải thích rằng các tinh thể nano giống như các miếng vá bằng vải và những cặp nano bền chắc nhưng là những sợi nhỏ trong mảnh vải. Vì vậy, chức năng của nó tập trung vào việc liên kết hai loại để tạo lên một “kim loại cặp nano - tinh thể nano” có “các đặc tính vật lý và cơ học chưa từng có”.
Điều xảy ra là các nguyên tử đồng, nhỏ hơn chút ít so với các nguyên tử bạc, di chuyển vào trong các khuyết tật, trong cả hai đường biên hạt và đường biên liên kết (cặp). Các tạp chất đồng nhỏ bé trong bạc ngăn cản các khuyết tật dịch chuyển nhưng một khối lượng nhỏ kim loại - dưới 1% tổng cộng - giàu tính dẫn điện của bạc vẫn được giữ lại.
Theo ông Frederic Sansoz, một giáo sư kỹ thuật cơ học của Trường Đại học Tổng hợp Vermont, đồng thời lãnh đạo nhóm nghiên cứu, kim loại này không chỉ khắc phục được đặc tính mềm dẻo trước đây do các hạt và đường biên liên kết quá nhỏ, nó còn có thể vượt qua giới hạn lý thuyết Hall-Petch.
