En théorie, le phénomène avait déjà été prédit il y a 100 ans. Des physiciens de l'Université de Wurtzbourg (Bavière) sont maintenant parvenus à le démontrer : un solide peut passer à l'état liquide en étant refroidi.
Habituellement, alors que les molécules peuvent se déplacer librement et ne sont pas ordonnées en phase liquide, le refroidissement de la matière provoque une réorganisation de celles-ci sous une structure cristalline, si bien que se produit la solidification. Dans certains cas rares, le mécanisme peut cependant avoir lieu dans le sens inverse, mais il nécessite alors des conditions extrêmes - une très forte pression ou une température proche du zéro absolu.
Représentation schématique de l’absorption de molécules NTCDA sur une surface de monocristaux d’argent
L'innovation réalisée par les physiciens est double : en premier lieu, ils sont parvenus à réaliser ce mécanisme avec des molécules organiques sans conditions extrêmes, simplement en les refroidissant. D'autre part, ils ont obtenu ce résultat sur un système bidimensionnel. Les résultats ont été publiés dans la revue Science. "Gustav Tammann, un chimiste qui vivait à Göttingen au début du 20ème siècle, avait déjà prédit théoriquement ce phénomène en 1903", explique Achim Schöll, assistant à la chaire de physique expérimentale. Cependant, le résultat n'avait encore jamais été validé expérimentalement sur un système bidimensionnel.
Un système bidimensionnel est une structure où "les molécules se rangent à plat sous la forme de la plus fine couche possible, donc de l'épaisseur d'une molécule, sur un support cristallin", explique A. Schöll - comme des boules de billard sur une table. Les physiciens ont utilisé des molécules organiques composées d'une base de naphtaline et d'autres groupes fonctionnels. Le support était un monocristal d'argent. Tant que la température ne passait pas sous une certaine valeur, les molécules maintenaient leur organisation régulière, typique pour l'état solide. "Lorsque nous avons réduit la température à -120°C, nous avons pu observer une disparition de cette organisation en deux dimensions" - ce qui signifie que la couche s'est liquéfiée. L'effet est d'ailleurs réversible : en chauffant de nouveau, les molécules se réorganisent.
Les résultats sont en particulier importants pour la recherche fondamentale s'intéressant à la compréhension des relations microscopiques. "Nos conclusions sont par exemple essentielles pour le développement de nouveaux semi-conducteurs cristallins". Des molécules semblables à celles utilisées ici y sont fréquemment employées. De plus, des phénomènes d'organisation moléculaire au niveau des interfaces de contact entre molécules organiques et conducteurs de courant métalliques y jouent un rôle prépondérant.
