Des scientifiques de l'ESRF, avec les équipes du CEA et du CNRS/Sorbonne Université, ont trouvé la preuve d'une transition liquide-liquide dans le soufre et d'un nouveau type de point critique mettant fin à cette transition. Leurs travaux sont publiés dans La nature .

Partout dans l'environnement, des transitions de phase se produisent constamment. Les exemples les plus connus de transitions de phase sont lorsque l'eau change d'état de solide à liquide ou de gaz à liquide à 0 degrés C et 100 degrés C, respectivement, à pression atmosphérique. Malgré la prévalence de ces événements dans la nature, les scientifiques ne comprennent toujours pas complètement comment ces transitions se déroulent au niveau microscopique.

Parmi les nombreux cas de transitions de phase, ceux qui impliquent une chaleur latente et un changement discontinu de densité sont qualifiés de premier ordre. Les transitions du premier ordre sont très courantes dans l'état solide, et comprennent par exemple celui du graphite au diamant, et la transition semi-conducteur à métal dans le silicium.

Cependant, pendant des années, personne n'a pensé qu'il pouvait y avoir une sorte de transition de premier ordre séparant deux phases liquides d'une même substance pure et isotrope. Avec les nouveaux millénaires, Les choses ont changé. UNE La nature papier en l'an 2000 par Y. Katayama et al., du synchrotron japonais Spring-8, a mis en évidence une transition liquide-liquide subie dans le phosphore.

"C'était une vraie percée, car il a changé la façon dont l'état liquide était perçu par la communauté scientifique, " explique Mohamed Mezouar, scientifique en charge de la ligne ID27 à l'ESRF et auteur correspondant de la nouvelle publication. "Aujourd'hui, nous montrons la deuxième preuve directe d'une telle transition dans le soufre liquide, " ajoute Mezouar. " Nous avons choisi le soufre car le soufre et le phosphore présentent des similitudes importantes lorsqu'ils sont soumis à des pressions et températures élevées, " explique-t-il. " D'ailleurs, Je savais que c'était un bon candidat car il montrait déjà une intéressante variété de formes solides, soit moléculaire ou polymérique, cristallin ou amorphe." Le soufre est également l'un des éléments les plus importants, utilisé dans de nombreuses applications telles que les pneus en caoutchouc, acide sulfurique, les engrais, etc.

Si les scientifiques n'ont pu trouver la preuve d'une autre transition liquide-liquide dans aucun autre liquide pur et stable depuis 2000, c'est parce que ce type de transformation est rare et encore mal compris. Les calculs ont prédit que des transitions se produiraient dans l'hydrogène liquide, l'azote et le dioxyde de carbone mais dans des conditions de pression et de température très élevées, encore difficile à sonder. Les expérimentations de la présente publication ont eu lieu à ID27, où l'équipe ESRF, avec des scientifiques du CEA et du CNRS/Sorbonne Université à Paris, appliqué une pression au soufre liquide et observé in situ son évolution à des températures allant jusqu'à 1000 degrés Celsius et à des pressions allant jusqu'à 20 kilobars. « Les expériences étaient difficiles car nous devions confiner le soufre liquide et effectuer des mesures quantitatives in situ aux rayons X de haute précision, " explique Laura Henry, doctorat étudiant à l'époque et premier auteur.