Fluides puis solides, les surprenantes déformations des nanofils d'or
Publié par Adrien le 25/08/2019 à 08:00
Source: CNRS INP
L'infiniment petit n'est pas toujours régi par les mêmes règles que le monde macroscopique, et certains concepts bien ancrés y perdent leur sens. Dans des travaux publiés dans Nature, des physiciens ont ainsi montré que des solides de quelques atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) d'épaisseur peuvent se comporter comme des fluides en fonction de leur excitation.


Le diapason au contact de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) d'or. En encadré, le nanofil qui se forme entre les deux. © A. Siria, LPENS

À notre échelle, distinguer un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) d'un solide peut sembler évident: face à une contrainte, l'un s'écoule alors que l'autre se déforme. Mais qu'en est-il de l'infiniment petit ? Ces catégories ne sont plus si bien définies et comprises une fois confrontées à des assemblages de seulement quelques atomes. Les nanosciences manquent en effet d'études plongeant à des échelles subnanométriques. Des chercheurs du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) de l'ENS (LPENS, CNRS/ENS Paris/Sorbonne Université/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) Diderot) ont donc décrit le comportement d'un nanofil d'or, un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) choisi pour sa mobilité et sa malléabilité, excité par un diapason. Conçu en quartz et mesurant quelques millimètres, il est inspiré des oscillateurs que l'on retrouve dans les montres et est installé à la pointe d'un microscope à force atomique (Le microscope à force atomique (ou AFM pour atomic force microscope) est un dérivé du microscope à effet tunnel (ou Scanning Tunneling Microscope, STM), qui peut servir à visualiser la topologie de la surface d'un échantillon ne...).

Le diapason est mis en contact avec une surface d'or et, quand on l'en éloigne extrêmement lentement, un nanofil d'or de quelques atomes d'épaisseur se forme entre les deux. Plus on excite le diapason, et plus le nanofil est soumis à une déformation contrôlée. Sa réponse mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...) est mesurée à travers le diapason grâce à la piézoélectricité (La piézoélectricité (1880, Pierre et Paul-Jacques Curie) est la propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l'action d'une force mécanique (effet...). Le nanofil se comporte d'abord comme un solide élastique puis, avec l'augmentation de la stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un potentiel d'action, qui est transmis par les nerfs vers les...), passe à un régime plastique, où les déformations deviennent irréversibles. Enfin, il finit par agir comme un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions...) visqueux, alors qu'il est toujours techniquement défini comme un solide cristallin dépourvu de défaut. Un phénomène qui évoque les mousses et les émulsions, mais à un ordre de grandeur huit fois inférieur. Cette première étude de la rhéologie d'une jonction d'atomes d'or dévoile une "fluidification" contre-intuitive des solides à l'échelle atomique. Cette découverte amène à repenser la modélisation classique d'un solide sous contrainte, et permet de mieux appréhender les frictions à l'échelle macroscopique. Des éléments essentiels pour le développement de la nanoélectronique et des nanotechnologies en général.

Référence

Atomic rheology of gold nanojunctions, Jean Comtet, Antoine Lainé, Antoine Niguès, Lydéric Bocquet et Alessandro Siria, Nature, le 8 mai 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-1178-3.
Page générée en 0.924 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique