Des chercheurs dirigés par l'Université de Tokyo ont utilisé un nouveau modèle informatique pour simuler les réseaux de particules porteuses de force qui donnent aux solides amorphes leur force même s'ils manquent d'ordre à longue distance. Ces travaux pourraient conduire à de nouvelles avancées dans le verre à haute résistance, qui peut être utilisé pour la cuisine, industriel, et applications pour smartphones.

Les solides amorphes tels que le verre, bien qu'ils soient cassants et qu'ils contiennent des particules constitutives qui ne forment pas de réseaux ordonnés, peuvent posséder une résistance et une rigidité surprenantes. Ceci est encore plus inattendu car les systèmes amorphes souffrent également de grandes fluctuations anharmoniques. Le secret est un réseau interne de particules porteuses de force qui s'étendent sur tout le solide, ce qui confère de la force au système. Cette ramification, Le réseau dynamique agit comme un squelette qui empêche le matériau de céder aux contraintes même s'il ne constitue qu'une petite fraction des particules totales. Cependant, ce réseau ne se forme qu'après une « transition de percolation » lorsque le nombre de particules porteuses de force dépasse un seuil critique. Lorsque la densité de ces particules augmente, la probabilité qu'un réseau de percolation qui va d'un bout à l'autre passe de zéro à presque certain.

Maintenant, Des scientifiques de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont utilisé des simulations informatiques pour montrer soigneusement la formation de ces réseaux de percolation lorsqu'un matériau amorphe est refroidi en dessous de sa température de transition vitreuse. Dans ces calculs, des mélanges de particules binaires ont été modélisés avec des potentiels répulsifs à gamme finie. L'équipe a découvert que la résistance des matériaux amorphes est une propriété émergente causée par l'auto-organisation de l'architecture mécanique désordonnée.

"A température zéro, un système bloqué montrera des corrélations à longue distance dans le stress en raison de son réseau de percolation interne. Cette simulation a montré qu'il en est de même pour le verre avant même qu'il ne soit complètement refroidi, " dit le premier auteur Hua Tong.

Le squelette porteur de force peut être identifié en reconnaissant que les particules de ce réseau doivent être connectées par au moins deux liaisons de force fortes. Au refroidissement, le nombre de particules porteuses de force augmente, jusqu'à ce qu'un réseau couvrant tout le système se connecte.

"Nos résultats peuvent ouvrir la voie à une meilleure compréhension des solides amorphes d'un point de vue mécanique, " dit l'auteur principal Hajime Tanaka. Depuis rigide, le verre durable est très prisé pour les smartphones, comprimés, et ustensiles de cuisine, le travail peut trouver de nombreuses utilisations pratiques.

L'ouvrage est publié dans Communication Nature comme "solidité émergente des matériaux amorphes en raison de l'auto-organisation mécanique."