Restez toujours informé: suivez-nous sur Google Actualités (icone ☆)
Une équipe de l'Université de Vienne est parvenue à observer directement l'un de ces états rares au sein d'un cristal extrêmement fin. En couplant un microscope électronique de dernière génération à des analyses par réseaux de neurones, les scientifiques ont suivi en direct la fusion d'un cristal d'iodure d'argent enveloppé de graphène. Cette méthode a permis de saisir les transformations à l'échelle atomique en temps réel.
Dans les matériaux atomiquement minces, la fusion ne suit pas les règles familières. De nouvelles observations révèlent un état éphémère et exotique entre solide et liquide, remodelant la compréhension scientifique des transitions de phase en deux dimensions.
Crédit: Image adaptée de Thuy An Bui, David Lamprecht et Kimmo Mustonen (2025), CC BY 4.0
Pour nous tous, le passage de l'état solide à l'état liquide paraît instantané: le solide devient liquide. Néanmoins, pour les matériaux réduits à presque deux dimensions, le processus peut s'avérer plus graduel. Un état transitoire, nommé phase hexatique, peut alors se manifester. Il mêle des attributs des solides et des liquides.
Jusqu'à présent, cette phase avait surtout été examinée dans des systèmes modèles simplifiés. L'équipe internationale a démontré qu'elle survient également dans des matériaux réels, unis par des liaisons chimiques fortes. En chauffant progressivement le cristal d'iodure d'argent, ils ont enregistré son passage par la phase hexatique avant la fusion totale.
Les résultats indiquent que la transition du solide vers la phase hexatique est continue, tandis que le passage de cette phase au liquide est soudain, contredisant certaines attentes théoriques antérieures.
Cette découverte montre l'apport des technologies hybrides, telles que la microscopie électronique et l'intelligence artificielle, pour repousser les limites de la science des matériaux. Elle affine notre perception des comportements fondamentaux dans des conditions extrêmes, avec des retombées envisageables dans plusieurs champs technologiques.
La phase hexatique: un état transitoire
La phase hexatique est un état de la matière qui se positionne entre le solide et le liquide, particulièrement visible dans les matériaux en deux dimensions. Alors que les solides présentent un arrangement atomique rigide et régulier et les liquides un grand désordre, cette phase affiche un ordre partiel. Les distances entre les particules deviennent irrégulières, mais les angles entre voisins conservent une certaine organisation, générant une structure singulière.
Cet état a été proposé sur le plan théorique dans les années 1970, mais sa détection dans des matériaux réels restait ardue. Il était principalement analysé dans des systèmes modèles, comme des assemblages de sphères de plastique, où les interactions sont plus simples. La phase hexatique constitue une étape importante dans la compréhension des transitions de phase, indiquant que la fusion peut être un processus en plusieurs étapes plutôt qu'un basculement brutal.
Pour les matériaux ultra-minces, tels que les cristaux atomiquement fins, la phase hexatique apparaît dans un intervalle de température restreint.