Для понимания механических свойств наносистем требуется использование физических и химических данных, полученных с помощью ряда измерительных и расчетных методик. Особенности электронной и атомной структуры, наряду с определяющей ролью поверхности, вносят существенный вклад в образование наноструктур, а наблюдаемые закономерности заметно отличаются от того, что происходит на макроуровне. Так, например, растяжением металлических проводов были получены метастабильные цепочечные атомные структуры и спиральные проводки. М. Дж. Лагосу с коллегами при удлинении серебряного нанопровода удалось получить самую маленькую металлическую нанотрубку квадратного сечения. Расчеты из первых принципов показывают, что формирование такого нанопровода происходит за счет минимизации поверхностной энергии, а полученная структура способна выдерживать огромные напряжения.
Ранние исследования металлических нанопроводов в основном проводились для золота, однако и серебро оказалось удобным для аналогичных применений. На рис. 1 показано растяжение серебряного волокна вдоль направления [001]. Изначально оно представляло собой стержень, который растягивали до получения линейной цепочки атомов. Длины связей при этом (Рис. 1, 10.3 с) составляли 3.4–3.6 Å. Первоначально на изображении с атомным разрешением видна гексагональная структура с параметром, совпадающим с параметром решетки a0=4.09 Å, тогда как в момент времени 3.6 с виден образ, сформированный стороной a0. При удлинении нановолокна происходит переход между гексагональной и плоской квадратной структурой (Рис. 1, 10.3 с). Для объяснения такой симметрии достаточно убрать некоторые атомы, как на рис. 2а, что приводит к образованию нанопровода квадратного сечения. Для подтверждения этой модели нужно подробнее изучить данные просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Видно, что черные круги на серединах сторон (Рис. 1б) темнее, чем в углах. Поскольку в первом приближении можно считать интенсивность на ПЭМ - изображении пропорциональной числу атомов вдоль наблюдаемого направления, можно смоделировать изображение (Рис. 2б) спирального серебряного провода.
Остается вопрос, как такое растяжение приводит к образованию метастабильного нановолокна. Поскольку ответа еще не получено, ученые использовали молекулярное моделирование. Оказалось, что ключевым моментом является удаление центрального атома из плоскости, что подтверждает и подробное изучение изображений ПЭМ.
