(PhysOrg.com) -- En ce qui concerne les tests de force, le graphite - en fait des couches d'atomes de carbone en couches - se porte mal. Soumettez-le à une ultra-haute pression, bien que, et le graphite devient diamant, la substance la plus dure connue, et un matériau particulièrement utile dans une variété d'applications.

Mais tandis que les diamants peuvent être éternels, la plupart des matériaux qui se transforment sous haute pression retrouvent leur structure d'origine lorsque la pression est levée, perdant toutes les propriétés utiles qu'ils auraient pu gagner lorsque la pression était activée.

Maintenant, en comprenant le processus derrière la transformation elle-même, du point de vue expérimental et théorique, les chercheurs ont fait un pas en avant vers la création d'une nouvelle classe d'individus exceptionnellement forts, des matériaux durables qui conservent leurs propriétés à haute pression - y compris la résistance et la supraconductivité - dans les environnements à basse pression de tous les jours.

La recherche, dirigé par Zhongwu Wang, scientifique à la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) et comprenant Roald Hoffmann, le lauréat du prix Nobel de chimie 1981 et Frank H.T. Professeur Rhodes de lettres humaines émérite, apparaît dans le 12 octobre, question de la Actes de l'Académie nationale des sciences .

Scientifiques supplémentaires à CHESS, un groupe en Corée et un associé postdoctoral dans le groupe Hoffmann, Xiao-dong Wen, a également contribué.

Les chercheurs utilisent fréquemment la diffraction des rayons X, une technique dans laquelle les rayons X sont projetés sur une structure et capturés sur film après avoir traversé ou rebondi sur ses surfaces, pour déterminer les structures statiques des atomes et des molécules. Mais jusqu'à maintenant, la transformation et l'interaction entre deux structures se sont produites dans une boîte noire métaphorique, dit Wang.

Pour ouvrir la boîte, les chercheurs se sont concentrés sur la wurtzite, un cristal de cadmium-sélénium dans lequel les atomes sont disposés en une structure semblable à un diamant et les molécules sont liées à la surface. Lorsque de fines feuilles de wurtzite sont comprimées sous 10,7 gigapascals de pression, ou 107, 000 fois la pression à la surface de la Terre, leur structure atomique se transforme en une structure semblable à du sel gemme

Soumettre un cristal de taille macro à une pression élevée peut provoquer sa rupture (les petits défauts de la structure cristalline s'amplifient, provoquant la structure, et le processus de transformation, devenir irrégulier) -- les collaborateurs coréens du groupe ont donc plutôt préparé des nanofeuillets de wurtzite, qui ne font que 1,4 nanomètre d'épaisseur et sans défaut.

Au fur et à mesure de l'application de la pression, Wang et ses collègues ont intégré deux techniques de diffraction des rayons X (diffraction des rayons X aux petits et grands angles) pour caractériser les changements dans la forme de surface du cristal et la structure atomique intérieure, ainsi que le changement structurel des molécules liées à la surface.

Ils ont d'abord découvert que les nanofeuillets nécessitaient trois fois plus de pression pour subir la transformation que le même matériau sous une forme cristalline plus grande.

Ils ont également testé la limite d'élasticité du matériau (le niveau de contrainte auquel il commence à se déformer), dureté (résistance à la rayure ou à l'abrasion) et élasticité (capacité à reprendre sa forme initiale) lors de la transformation. Comprendre comment ces propriétés changent à mesure que les molécules interagissent pourrait aider les chercheurs à concevoir des matériaux plus durs, a dit Wang.

Et en ajoutant une molécule de liaison appelée ligand mou à la surface des nanofeuillets à haute pression, les chercheurs ont observé l'effet de cette liaison sur la structure interne des nanofeuilles, pression de transformation, et l'espacement.

Pendant ce temps, tandis que Wang et ses collègues réalisaient les expériences au CHESS, Wen et Hoffmann ont travaillé sur la théorie correspondante derrière l'interaction de transformation.

"L'expérience et la simulation s'accordent bien, " a dit Wang. " Maintenant, nous savons comment les atomes se déplacent. Nous comprenons la procédure intermédiaire."

La prochaine étape consiste à tester des moyens de bloquer la transformation inverse du sel gemme en wurtzite, créant un matériau qui maintient les propriétés uniques du sel gemme sous pression ambiante.

Et le processus expérimental de Wang pourrait également être prometteur pour comprendre la voie de transformation d'autres composés.

"Il peut s'appliquer à tous les autres matériaux, " Wang a dit. " Suivez simplement notre méthode de mesure. "