Une équipe de l'Université de Tokyo a décrit avec des détails sans précédent le phénomène rare des transitions de phase liquide-liquide dans une substance pure. En montrant comment un liquide composé d'un seul type de molécule peut basculer entre les états liquide et vitreux, cette recherche peut conduire à une nouvelle façon de contrôler les propriétés de transport d'un liquide.

Les transitions de phase incluent des phénomènes tels que la fonte de la glace (solide à liquide), ou de la vapeur provenant d'une bouilloire (liquide à gaz). Cependant, l'étude de la façon dont un arrangement de molécules se transforme en un autre révèle des détails complexes sur la force de leurs interactions. Dans les transitions de phase conventionnelles, comme avec une barre de fer fondant en métal en fusion, la chaleur ajoutée fait vibrer les atomes si violemment qu'ils se libèrent de leur arrangement de réseau solide et prennent une forme liquide. L'équipe de l'université de Tokyo a étudié un type de transition de phase beaucoup plus rare :d'un état liquide à un autre. Dans cette recherche, ils ont constaté que même sans changer la température, le phosphite de triphényle relativement fluide pourrait se vitrifier progressivement jusqu'à un état vitreux dans lequel les molécules restent désordonnées mais sont beaucoup moins mobiles. Les différentes phases étaient identifiables expérimentalement en fonction de la rapidité avec laquelle les molécules pouvaient se détendre après avoir été perturbées.

"Contrairement à l'intuition, il existe un nombre croissant de preuves expérimentales et théoriques que même une substance à un seul composant peut avoir plusieurs états liquides, " dit l'auteur principal Hajime Tanaka. Ils ont découvert que la transition de phase peut se produire de deux manières très différentes. La première est appelée " nucléation et croissance, " un processus lent qui nécessite l'émergence d'une phase dans l'autre en surmontant une barrière pour démarrer. L'autre type est la décomposition spinodale, dans lequel la transition peut se dérouler en douceur sans aucune barrière. Les chercheurs ont également découvert une température critique, au-dessus duquel seule une croissance nucléée pourrait se produire, mais en dessous de cette température, la décomposition spinodale était possible.

"Du point de vue pratique, le phosphite de triphényle peut être l'un des meilleurs systèmes pour étudier les transitions liquide-liquide, puisque la transformation s'effectue à pression ambiante et à des températures modérées, " dit le premier auteur Ken-ichiro Murata. " Transitions de phase, en particulier ceux qui impliquent un passage d'un état liquide à un état vitreux, sont souvent utilisés dans la fabrication de polymères. Cette recherche peut grandement améliorer notre capacité à optimiser et à contrôler ces processus. »

L'étude est publiée dans PNAS .