(PhysOrg.com) - Les transitions de phase - les changements de matière d'un état à un autre sans altérer sa composition chimique - sont une partie importante de la vie dans notre monde tridimensionnel. L'eau tombe au sol sous forme de neige, fond en un liquide et se vaporise finalement dans les nuages ​​pour recommencer le cycle.

Aujourd'hui, une équipe de scientifiques a mis au point une nouvelle façon d'explorer le fonctionnement de telles transitions de phase en moins de trois dimensions et au niveau de quelques atomes seulement. Ils espèrent que la technique sera utile pour tester des aspects de ce qui était jusqu'à présent de la physique purement théorique, et ils espèrent qu'il pourrait également avoir des applications pratiques pour détecter des conditions à de très petites échelles, comme dans une membrane cellulaire.

Ils ont travaillé avec des nanotubes de carbone à paroi simple, extrêmement mince, des structures creuses en graphite qui peuvent être si petites qu'elles sont presque unidimensionnelles, étudier le comportement de transition de phase des atomes d'argon et de krypton.

"La physique peut être très différente en moins de trois dimensions, " a déclaré David Cobden, professeur agrégé de physique à l'Université de Washington et auteur correspondant d'un article décrivant le travail publié vendredi (29 janvier) dans Science .

Co-auteurs, tous de l'UW, sont Zenghui Wang, Jiang Wei, Pierre Morse, J. Gregory Dash et Oscar Vilches.

Pour leurs observations, le groupe a utilisé des nanotubes de carbone, cylindres microscopiques qui ont une certaine épaisseur mais sont très proches d'être unidimensionnels.

Les transitions de phase modifient la densité des atomes. Sous forme vapeur, il y a moins d'atomes et ils sont peu emballés. Le liquide a plus d'atomes et ils sont plus serrés. Le solide est un cristal formé d'atomes très serrés. Pour déterminer la phase des atomes d'argon et de krypton, les chercheurs ont utilisé le nanotube de carbone un peu comme une corde de guitare tendue sur une frette. Un morceau de métal conducteur à proximité a appliqué une force électrique pour faire osciller la corde, et les scientifiques ont mesuré le courant pour "écouter" lorsque la fréquence de vibration changeait - une plus grande masse d'atomes collés à la surface du nanotube produisait une fréquence plus basse.

"Vous écoutez cette nano guitare et au fur et à mesure que la hauteur diminue, vous savez qu'il y a plus d'atomes qui collent à la surface, " a déclaré Cobden. " En principe, vous pouvez entendre un atome atterrir sur le tube - c'est si sensible. "

Les chercheurs ont également découvert que la résistance électrique du nanotube changeait lorsque les atomes de krypton se collaient à la surface.

À l'avenir, les scientifiques espèrent pouvoir voir comment les atomes, car ils peuplent le nanotube de carbone, réagissent les uns aux autres par diverses transitions de phase, et aussi comment ils interagissent avec le graphite de carbone pur du nanotube. Ils s'attendent à voir des différences significatives dans les expériences approchant une dimension de celles en deux ou trois dimensions.

"Par exemple, la matière peut geler en 3-D et en 2-D, mais théoriquement il ne devrait pas geler en 1-D, " a déclaré Cobden.

En plus de fournir un banc d'essai pour les théories physiques, le travail pourrait également être utile pour les applications de détection, telles que les mesures à l'échelle nanométrique dans divers environnements fluides, examiner les fonctions dans les membranes cellulaires ou sonder les nerfs.

"Les nanotubes permettent de sonder des choses au niveau subcellulaire, " a déclaré Cobden.