On pensait que la façon dont les atomes s'arrangeaient à la plus petite échelle suivait une règle de « peau de tambour », mais les mathématiciens ont maintenant trouvé une solution plus simple.

Les arrangements atomiques dans différents matériaux peuvent fournir beaucoup d'informations sur les propriétés des matériaux, et quel est le potentiel pour modifier ce qu'ils peuvent être utilisés.

Cependant, là où deux matériaux se touchent - à leur interface - des interactions complexes se produisent qui rendent difficile la prédiction de l'arrangement des atomes.

Maintenant, dans un article publié aujourd'hui dans Physique de la nature , Des chercheurs de l'Imperial College de Londres et de l'Universidad Carlos III de Madrid ont mis au point un nouveau modèle qui prédit mieux la disposition des atomes les uns par rapport aux autres.

Co-auteur, le professeur Andrew Parry, du département de mathématiques de l'Impériale, a déclaré:"C'est une toute nouvelle façon de voir l'interface liquide-gaz. Elle peut également être appliquée à d'autres types d'interfaces :chaque fois que deux matériaux différents se rencontrent et que nous voulons savoir comment les atomes se rapportent les uns aux autres, ces idées peuvent être utilisées."

À la rencontre des gaz et des liquides :une situation complexe

Lorsque les matériaux sont à l'état solide, leurs atomes sont disposés selon des motifs très uniformes - comme des grilles, feuilles et treillis. Cela signifie que connaître la position d'un atome peut révéler les positions de tous ses atomes voisins.

Cependant, dans les liquides et les gaz, les arrangements des atomes peuvent être très différents selon le volume du matériau. Les atomes peuvent être « localement » plus proches les uns des autres, conduisant à des zones plus denses, et peut changer rapidement.

L'une des situations les plus complexes est la rencontre de liquides et de gaz. Le professeur Parry a dit :« Si vous imaginez un verre d'eau, la couche superficielle supérieure de l'eau en contact avec l'air agit différemment de l'eau en dessous; il a une tension superficielle. Quand tu déranges la surface, par exemple en tapotant le verre, les ondulations modifient les motifs des atomes d'eau à la surface."

À travers un verre d'eau, l'arrangement des atomes créés par les ondulations est considéré comme résultant d'un comportement semblable à celui d'une « peau de tambour » :la tension superficielle signifie que l'eau est tendue comme un tambour et agit en conséquence lorsqu'elle est dérangée.

Percer l'analogie tambour-peau

On croyait auparavant que ce genre de comportement fonctionnait aussi à l'échelle atomique :qu'au niveau des atomes individuels, le même genre de comportement de peau de tambour avait lieu, ordonner les atomes d'une certaine manière.

Cependant, les grandes simulations et calculs du comportement des atomes dans cette situation ne montrent pas une version réduite du comportement de la peau du tambour, comme on pouvait s'y attendre.

Maintenant, Le professeur Parry et le Dr Carlos Rascón de l'Université Carlos III de Madrid ont trouvé une série de nouvelles solutions à ce problème qui ne reposent pas sur l'analogie tambour-peau.

En combinant des informations sur les ondulations créées lorsque la surface est perturbée et sur la façon dont les atomes se regroupent localement, le duo a pu découvrir comment les atomes s'organisent les uns par rapport aux autres.

Découvrir la simplicité sous-jacente du système

Le professeur Parry a déclaré :"Chaque fois que nous voyons des phénomènes à plus grande échelle - comme la température, pression et tension superficielle – elles découlent généralement de concepts que nous observons dans le monde microscopique. D'où, dans ce cas, le comportement de la peau du tambour provient de quelque chose de complètement différent au niveau microscopique.

"Nous pouvons maintenant accéder à la simplicité sous-jacente du système sans avoir à trop étirer l'analogie tambour-peau."

La nouvelle théorie et l'ensemble de solutions correspondaient aux résultats de la plus grande simulation jamais réalisée du comportement de l'interface liquide-gaz jamais réalisée bien mieux que le modèle tambour-peau.

"The Goldstone Mode and Resonances in the Fluid Interfacial Region" de A.O. Parry et C. Rascón est publié dans Physique de la nature .