En projetant une série d'impulsions de rayons X ultra-rapides sur un matériau solide, les scientifiques ont pu capturer le processus incroyablement rapide de fusion avec des détails sans précédent. Leurs découvertes sont rapportées dans la revue Nature Physics.
La fusion est une transition de phase qui se produit lorsqu'un solide se transforme en liquide. Il s'agit d'un processus complexe qui implique la rupture des liaisons entre atomes ou molécules. En étudiant le processus de fusion au niveau atomique, les scientifiques peuvent mieux comprendre le comportement fondamental de la matière.
Les expériences ont été menées au Linac Coherent Light Source (LCLS), un laser à électrons libres situé au Stanford Linear Accelerator Center à Menlo Park, en Californie. Le LCLS produit des impulsions de rayons X extrêmement brillantes et courtes qui peuvent être utilisées pour sonder les matériaux au niveau atomique.
Dans les expériences, les chercheurs ont dirigé les impulsions de rayons X vers une fine cible de silicium, un matériau semi-conducteur. Ils ont ensuite analysé les rayons X diffusés pour déterminer la disposition atomique du silicium lors de sa fusion.
Les résultats ont montré que le processus de fusion commence par la formation de petites gouttelettes liquides à la surface du silicium. Ces gouttelettes grandissent ensuite et finissent par fusionner pour former une couche liquide. L’ensemble du processus de fusion s’est produit en moins d’un milliardième de seconde.
Les chercheurs ont également observé que le processus de fusion est influencé par la présence de défauts dans le réseau de silicium. Ces défauts agissent comme des sites de nucléation pour la formation de gouttelettes liquides.
L'équipe de recherche dirigée par Philip H. Bucksbaum du Laboratoire national des accélérateurs du SLAC explique l'importance de ces connaissances avec leurs applications pratiques, notamment l'amélioration des matériaux et technologies industriels actuels en exploitant la dynamique de fusion à des échelles de longueur dans des domaines tels que la microélectronique, la fabrication additive, l'impression 3D, physique des hautes densités d'énergie, sciences planétaires et astrophysique nucléaire.
Les scientifiques affirment que leurs découvertes pourraient être utilisées pour développer de nouveaux matériaux résistants à la fusion ou ayant un point de fusion spécifique. Ils pensent également que leurs travaux pourraient contribuer à améliorer la compréhension des processus géologiques tels que les éruptions volcaniques.
