Vers la compréhension de la structure des verres

Les liquides et les verres sont des matériaux structurellement désordonnés. Cela signifie que les atomes n’y sont pas arrangés régulièrement, comme cela serait le cas pour un cristal. Certes, les atomes sont organisés à courte distance mais il n’existe pas de relation bien définie entre leurs positions sur une grande échelle de distance. Les verres sont formés en refoidissant un liquide suffisamment vite pour que les atomes n’aient pas le temps de se réorganiser sous forme cristalline. Des solides amorphes peuvent également être fabriqués par d’autres méthodes (par exemple le dépôt en phase vapeur) mais on ne les appelle pas verre s’ils ne sont pas fabriqués par refoidissement d’un liquide. Si les verres sont très largement utilisés dans un grand nombre d’applications de la vie courante, des carafes aux fibres optiques, leurs caractéristiques microscopiques sont très difficiles à étudier et identifier, du fait du désordre structural qui les caractérise. Une équipe de chercheurs, composée de physiciens des universités britanniques de Bath, Bristol et de l’Institut Laüe Langevin (ILL, situé à Grenoble), a observé pour la première fois une organisation à « longue distance » dans de la matière vitrifiable. Ces chercheurs ont utilisé la diffraction de neutrons pour sonder des échantillons de chlorure de zinc (Zn Cl2) et de séléniure de germanium (GeSe2), deux matières vitrifiables binaires. Dans les deux échantillons certains atomes ont été remplacés par différents isotopes du même élément. Cette approche exploite le fait que différents isotopes diffractent différement les neutrons mais que la substitution isotopique ne change pas la structure du matériau. Les physiciens ont ainsi pu déterminer les positions relatives d’une paire d’atomes dans les deux matériaux. Ils ont observé que l’organisation des paires atomiques était très similaire dans les deux structures pour des échelles intermédiaires (environ 6 Å) et étendues (environ 60 Å). Ce résultat s’avère quelque peu surprenant pour deux raisons. D’une part, les liaisons chimiques dans ces deux verres sont différentes : elles sont de nature ionique dans le chlorure de zinc et de nature covalente dans le séléniure de germanium. D’autre part, les matériaux semblent approcher la transition vitreuse de façon totalement distincte car leurs viscosités se comportent différemment en fonction de la température. On pourrait donc s’attendre à ce que ces propriétés entrainent des différences structurelles à longue distance, ce qui ne semble pas être le cas d’après les résultats obtenus par les chercheurs. Ceux-ci suggèrent donc que l’ordre structural observé pourrait constituer une caractéristique générale des verres. Ils estiment également que cet aperçu de la nature des réseaux vitreux pourrait conduire à la conception et à la préparation de nouveaux matériaux.


Sources : Nature, vol 435, 5/05/05, p. 75-78, www.nature.com ; PhysicsWeb, 4/05/05, physicsweb.org ; The Liquid and Amorphous Materials Group at the University of Bath, staff.bath.ac.uk/pyspss/.


Auteur : Dr Anne Prost

publié le 09/07/2008

haut de la page