Des scientifiques néo-zélandais et australiens travaillant au niveau des atomes ont créé quelque chose d’inattendu : de minuscules flocons de neige métalliques.
Pourquoi est-ce important? Parce que convaincre des atomes individuels de coopérer de la manière souhaitée conduit à une révolution de l’ingénierie et de la technologie via les nanomatériaux. (Et créer des flocons de neige, c’est cool.)
Les nanostructures (un nanomètre d’un milliardième de mètre) peuvent aider à la fabrication électronique, rendre les matériaux plus solides mais plus légers, ou contribuer aux processus de nettoyage de l’environnement en se liant aux toxines.
Pour créer des nanocristaux métalliques, des scientifiques néo-zélandais et australiens ont expérimenté le gallium, un métal doux et argenté utilisé dans les semi-conducteurs qui se liquéfie exceptionnellement bien à une température juste au-dessus de la température ambiante.
Leurs résultats viennent d’être publiés dans la revue les sciences.
Le professeur Nicola Gaston et son collègue de recherche, le Dr Steve Lambe, tous deux de Waipapa Taumata Rau, Université d’Auckland, et le Dr Krista Steenbergen de Te Herenga Waka, Université Victoria de Wellington, ont collaboré avec des collègues australiens dirigés par le professeur Kourosh Kalantarzadeh à l’UNSW.
L’équipe australienne a travaillé en laboratoire avec du nickel, du cuivre, du zinc, de l’étain, du platine, du bismuth et de l’argent
Aluminium, cristaux métalliques se développant dans un solvant liquide de gallium.
Les métaux ont été fondus en gallium à haute température. Une fois refroidi, les cristaux de métal sont apparus tandis que le gallium est resté liquide.
L’équipe néo-zélandaise, qui fait partie de l’Institut MacDiarmid pour les matériaux avancés et la nanotechnologie, un centre national d’excellence en recherche, a mené des simulations de dynamique moléculaire pour expliquer pourquoi des cristaux de formes différentes de différents métaux apparaissent. (Le Marsden State Fund a soutenu la recherche).
« Ce que nous apprenons, c’est que la structure du gallium liquide est très importante », explique Gaston. « C’est nouveau parce que nous pensons généralement que les liquides manquent de structure ou sont simplement organisés au hasard. »
Les scientifiques ont montré que les interactions entre les structures atomiques de différents métaux et le gallium liquide provoquent l’apparition de cristaux de formes différentes.
Les cristaux comprenaient des cubes, des tiges, des plaques hexagonales et des formes de flocons de neige en zinc. La symétrie hexagonale du zinc, avec chaque atome entouré de six voisins équidistants, représente la conception du flocon de neige.
« Contrairement aux approches descendantes de la formation de nanostructures – en coupant à travers les matériaux – ces approches ascendantes reposent sur l’auto-assemblage des atomes », explique Gaston. « C’est ainsi que la nature fabrique des nanoparticules, et c’est beaucoup moins coûteux et beaucoup plus précis que les méthodes descendantes. »
Elle dit que la recherche a ouvert une nouvelle voie inexplorée pour les nanostructures métalliques. « Il y a aussi quelque chose de tellement cool à créer un flocon de neige métallique ! »
