Une équipe de chercheurs internationaux a découvert un nouveau type d'anomalie structurelle, ou défaut, pouvant apparaître sous forme de quasi-cristaux, un matériau unique avec des propriétés cristallines mais une structure plus complexe.

Pat Thiel, chimiste principal au laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis, a dirigé l'équipe internationale, qui comprend des scientifiques de l'Institut Jean Lamour à Nancy-Université en France.

En cristaux, un "défaut" fait référence à tout écart par rapport à une symétrie structurelle parfaite. Bien que le terme suggère une qualité indésirable, tous les défauts ne sont pas mauvais; beaucoup contrôlent ou influencent les propriétés clés des matériaux, comme la pureté chimique, force mécanique, conductivité, Couleur, corrosivité ou propriétés de surface. Rubis, par exemple, sont rouges en raison d'un défaut qui transforme un cristal autrement indescriptible en une gemme précieuse.

Les quasi-cristaux étaient déjà connus pour avoir un type de défaut appelé phason flip, qui peut se former en surface. Le nouveau type de défaut a été découvert après que les chercheurs aient observé de mystérieuses zones nanométriques sur des surfaces quasi-cristallines. Contrairement au retournement de phase, cependant, le nouveau type de défaut s'étend au-delà de la région de surface et dans la masse du quasicristal.

"Les quasi-cristaux sont des matériaux si fascinants - ils semblent toujours présenter des caractéristiques inattendues, à commencer par leur existence même, " dit Thiel, qui est également John D. Corbett Distinguished Professor of Chemistry à l'Iowa State University.

Ce n'est qu'en 1982, En réalité, lorsque Dan Shechtman a observé l'apparemment impossible - un arrangement d'atomes bien défini mais non répétitif sous son microscope électronique - que des quasi-cristaux se sont avérés exister. Il a fallu encore plus de temps pour que la communauté scientifique accepte leur existence. Shechtman, un scientifique des matériaux avec Ames Lab, Iowa State University et Technion-Israel Institute of Technology, a remporté le prix Nobel de chimie 2011 pour sa découverte.

La découverte récente du nouveau type de défaut montre que les quasi-cristaux réservent encore des surprises. Bien que le défaut du nanodomaine ne soit pas toujours présent - il ne se produit que dans certaines circonstances pour aider à équilibrer les problèmes énergétiques concurrents - sa formation à ces moments-là permet d'exposer des surfaces riches en métaux de transition à plus haute énergie plutôt que l'aluminium à plus faible énergie attendu. surfaces riches.

Parce que les nanostructures sont prometteuses pour une utilisation dans une gamme d'applications, du médical à l'électronique, comprendre la relation entre les défauts de surface et de masse dans les matériaux peut permettre de mieux comprendre pourquoi les nanostructures sont souvent exceptionnellement solides.

"On sait déjà que dans les nanofils, leur résistance est liée au fait que la surface peut « effacer » les défauts de masse, " a déclaré Thiel. " Mais finalement, dans des conditions extrêmes, même un nanofil peut échouer, et la surface semble également jouer un rôle dans cet événement. La relation entre les défauts de surface et les défauts en vrac est donc vraiment très importante."