Une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de Tsukuba a créé un nouveau modèle théorique pour comprendre la propagation des vibrations à travers des matériaux désordonnés, comme le verre. Ils ont découvert qu'à mesure que le degré de désordre augmentait, les ondes sonores voyageaient de moins en moins comme des particules balistiques, et à la place a commencé à diffuser de manière incohérente. Ces travaux pourraient conduire à de nouveaux verres résistants à la chaleur et aux bris pour les smartphones et les tablettes.

Comprendre les modes de vibration possibles dans un matériau est important pour contrôler son optique, thermique, et propriétés mécaniques. La propagation des vibrations sous forme de son d'une fréquence unique à travers des matériaux amorphes peut se produire de manière unifiée, comme si c'était une particule. Les scientifiques aiment appeler ces quasiparticules des « phonons ». Cependant, cette approximation peut s'effondrer si le matériau est trop désordonné, ce qui limite notre capacité à prédire la résistance du verre dans un large éventail de circonstances.

Maintenant, une équipe de scientifiques dirigée par l'Université de Tsukuba a développé un nouveau cadre théorique qui explique les vibrations observées dans le verre avec un meilleur accord avec les données expérimentales. Ils démontrent que penser les vibrations comme des phonons individuels n'est justifié que dans la limite des grandes longueurs d'onde. Sur des échelles de longueur plus courtes, le désordre entraîne une diffusion accrue et les ondes sonores perdent leur cohérence. "Nous appelons ces excitations des diffusions, ' parce qu'ils représentent la diffusion incohérente des vibrations, par opposition au mouvement dirigé des phonons, " explique l'auteur le professeur Tatsuya Mori. En effet, les équations des basses fréquences commencent à ressembler à celles de l'hydrodynamique, qui décrivent le comportement des fluides. Les chercheurs ont comparé les prédictions du modèle avec les données obtenues à partir de verre sodocalcique et ont montré qu'elles s'avéraient mieux adaptées aux équations précédemment acceptées.

"Nos recherches soutiennent l'idée que ce phénomène n'est pas unique aux phonons acoustiques, mais représente plutôt un phénomène général qui peut se produire avec d'autres types d'excitations au sein de matériaux désordonnés, " co-auteurs Professeur Alessio Zaccone, Université de Cambridge et le professeur Matteo Baggioli, Instituto de Fisica Teorica UAM-CSIC dire. Les travaux futurs pourraient impliquer l'utilisation des effets du désordre afin d'améliorer la durabilité du verre pour les appareils intelligents. L'ouvrage est publié dans Le Journal de Physique Chimique comme "Physics of phonon-polaritons in amorphous Materials" (DOI:10.1063/5.0033371).