La transition des matériaux amorphes non structurés en matériaux cristallins structurés est généralement induite par le chauffage des matériaux au-dessus de leur température de transition. Les matériaux cristallins sont importants dans la technologie comme les appareils, ainsi, des moyens alternatifs de contrôler leur formation ont suscité beaucoup d'intérêt de la part des scientifiques des matériaux. Les chercheurs ont découvert que la cristallisation peut être facilitée à une température inférieure à la température de transition traditionnelle si un matériau amorphe est agité à une certaine fréquence. Ainsi, l'agitation représente une alternative possible à la température pour contrôler la cristallisation des matériaux.

Une équipe de l'Université d'Osaka a décidé de clarifier la relation entre l'agitation et la cristallisation des solides amorphes. Pour faciliter leur enquête, ils ont utilisé un système colloïdal (petites particules) pour modéliser les matériaux atomiques en raison de la plus grande taille des particules et du temps de relaxation des colloïdes, par rapport à celles des atomes, faciliter leur mesure.

"Nous avons préparé des verres colloïdaux à partir de sphères de silice en solution et les avons ensuite oscillés à différentes fréquences, " explique le premier auteur Nobutomo Nakamura. " Nous avons ensuite observé la structure résultante par microscopie confocale à balayage laser. "

Le groupe a identifié une fréquence spécifique à laquelle la cristallisation de leur système a été accélérée. Ils ont déterminé le degré de cristallisation dans le système agité à différentes fréquences en mesurant son paramètre d'ordre d'orientation de liaison locale. La valeur de ce paramètre a considérablement augmenté, indiquant un degré de cristallisation plus élevé, uniquement lorsque le système était agité à une fréquence d'environ 75 Hz.

"Nos résultats ont indiqué qu'il existe un mode vibrationnel spécifique qui facilite la cristallisation du colloïde, " dit Nakamura.

Les chercheurs ont ensuite confirmé que la fréquence à laquelle la cristallisation se produit changeait en fonction de l'interaction entre les particules du système. Ils ont ajouté un polymère au système pour modifier la force d'interaction entre les particules, ce qui provoque l'augmentation de la fréquence de cristallisation. L'équipe a pu expliquer ses découvertes en reliant la fréquence de cristallisation à l'échelle de temps du mouvement vibrationnel des particules. Ils ont proposé que l'agitation du système à une fréquence qui correspondait au mouvement des particules formant la structure cristalline aidait leur mouvement collectif et accélérait ainsi la cristallisation.

Ces résultats révèlent qu'il peut être possible de contrôler la cristallisation des systèmes amorphes par agitation à une fréquence spécifique plutôt que par chauffage au-dessus de leur température de transition. Cela peut permettre la formation de matériaux cristallins à plus basse température, qui sera utile dans la fabrication de dispositifs.