Le prix Nobel de physique 2016 a célébré le riche comportement des matériaux bidimensionnels (2-D), comme les atomes, molécules, ou des électrons qui sont confinés à se déplacer sur une surface plane.

Par rapport à leurs homologues tridimensionnels (3D), ces matériaux présentent des propriétés nouvelles et exotiques, dont l'élucidation est à la pointe de la recherche en physique de la matière condensée.

Un cas très intéressant est le comportement des cristaux 2-D. Contrairement aux matériaux 3D, qui fondent toujours à l'état liquide ou en phase, " La théorie prédit que les cristaux 2-D fondent dans une nouvelle phase appelée l'hexatique.

Phase hexatique

Dans le caractère, l'hexatique est intermédiaire entre une phase cristalline et un liquide, en ce que ses particules constitutives présentent un ordre d'orientation à longue distance (comme un cristal) mais uniquement un ordre de position à courte distance (comme un liquide).

Même pour le matériau de modèle 2D le plus simple, composé de disques durs identiques, trouver la confirmation qu'un cristal bidimensionnel fond en une phase hexatique était l'un des problèmes les plus anciens de la physique.

Après de nombreuses tentatives (couvrant quatre décennies), il a été résolu en 2011 avec l'utilisation de simulations informatiques à grande échelle.

Dans une collaboration entre deux universités GW4, Dr John Russo de l'école de mathématiques de l'Université de Bristol et professeur Nigel Wilding, du Département de physique de l'Université de Bath, ont exploité la puissance combinée des ordinateurs hautes performances des deux universités pour montrer que le comportement des cristaux 2D devient encore plus étrange lorsque l'on considère les mélanges de deux types de particules.

Leurs résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique .

Physique fondamentale

Le Dr Russo a déclaré :« Pour cette recherche, nous avons considéré le système de disque dur 2D étudié précédemment, mais avec une torsion :nous avons introduit une deuxième espèce de disque qui n'est que 70 pour cent aussi gros que les autres.

"Il est intéressant de noter que la présence de ce deuxième type de disque fait disparaître la phase hexatique."

Le professeur Wilding a ajouté :« Cela se produit à des concentrations étonnamment faibles de petits disques :échanger seulement un pour cent des disques contre des espèces plus petites est suffisant pour perdre l'hexatique.

"Nous avons découvert que l'hexatique est un état de la matière si délicat car son entropie n'est que légèrement supérieure à celle du liquide.

"L'ajout de petites particules augmente l'entropie du liquide et cela déstabilise à son tour l'hexatique."

Les chercheurs disent que leur étude contribue à la compréhension fondamentale de la physique fascinante de la matière en deux dimensions, et ouvre les portes à la conception de nouveaux matériaux aux propriétés étranges et exotiques.

"Disparition de la phase hexatique dans un mélange binaire de disques durs" par J. Russo, et N. Wilding est publié dans Lettres d'examen physique .