Il n'a que quelques molécules d'épaisseur, et ne pourrait pas être plus mince :la feuille de verre que des scientifiques de l'université d'Ulm et de l'université Cornell ont découverte par accident. Cette découverte est maintenant reconnue comme un record du monde avec une entrée dans le Guinness World Records 2014. « Bien que le verre soit effectivement transparent, les atomes individuels de silicium et d'oxygène peuvent être rendus visibles au microscope électronique", explique Ute Kaiser. Le professeur de physique expérimentale dirige le groupe de microscopie électronique de la science des matériaux à l'Université d'Ulm. Elle est toujours fascinée par ce voyage de découverte si particulier, qui a duré plus d'un an :« Pas à pas nous avons, à travers nos expériences et réflexions, a percé les secrets de la matière, et c'était incroyablement excitant. Un vrai thriller scientifique."

Simon Kurasch, à cette époque, encore étudiant diplômé en doctorat sous la direction d'Ute Kaiser à l'Université d'Ulm, étudiait la structure atomique d'un échantillon de graphène sous un microscope électronique à transmission à très haute résolution. Il s'agit d'une monocouche constituée uniquement d'atomes de carbone dont la structure atomique hexagonale fait penser à un nid d'abeilles et pour la découverte de laquelle le prix Nobel a été décerné en 2010. En réalité, cela avait été une enquête de routine pour le physicien. Mais en y regardant de plus près, le jeune chercheur a découvert une structure inédite et complètement inattendue :« Elle est à la fois merveilleusement ordonnée et en même temps complètement chaotique », c'est ainsi que Kurasch décrit cette découverte fortuite. Une couche extrêmement mince d'une substance inconnue s'était formée sur le graphène. Demandes adressées au Max-Planck-Institute for Solid State Research à Stuttgart, qui avait produit le graphène sur film de cuivre dans un four émaillé de quartz selon un procédé standard, suscité l'incrédulité. L'équipe de chercheurs là-bas, organisé autour du nanophysicien du solide Dr Jurgen Smet, était initialement incapable de donner un sens à cette conclusion.

Le physicien d'Ulm s'est tourné vers le professeur de physique David Muller, son collègue scientifique pendant de nombreuses années et le directeur du Kavli Institute for Nanoscale à l'Université Cornell (NY). Peut-être que son équipe dans l'État de New York pourrait fournir des données d'imagerie et spectroscopiques à très haute résolution sur la nature chimique du matériau. Muller a accepté. Une équipe de quatre chercheurs germano-américains a été constituée, composé des deux scientifiques d'Ulm avec Muller et Pinshane Huang, son étudiant diplômé étudiant au doctorat; l'équipe menait conjointement des recherches à l'Université Cornell depuis un certain temps. Muller a rapidement pointé le résultat sur un composé silicium-oxygène. D'autres indices ont été recherchés de toute urgence pour expliquer la composition chimique précise du matériau mystérieux. Il s'est avéré que la couche ultrafine était constituée de dioxyde de silicium, c'est-à-dire du verre. Avec sa structure atomique particulière, ce matériau amorphe déconcerte encore la communauté scientifique. Par conséquent, il s'agissait encore pour le groupe international de physiciens de préciser la configuration moléculaire de la feuille de verre.

Ute Kaiser a donc sollicité l'avis de ses collègues finlandais. Dr Arkady Krasheninnikov de l'Université Aalto d'Helsinki, un expert confirmé dans le calcul de la stabilité des liaisons atomiques, a finalement pu montrer avec ses collègues que le dioxyde de silicium prend la configuration la plus stable possible en deux couches, c'est-à-dire une « double couche ». "Donc, il s'est avéré par tous les résultats analytiques et théoriques ensemble que nous avions trouvé la feuille de verre la plus mince imaginable, qui était donc en fait bidimensionnel", selon l'équipe. Les scientifiques ont ainsi pu pour la première fois avoir un aperçu clair de la structure atomique de ce matériau spécial.

Le verre est un matériau "amorphe", lequel, bien qu'ayant les propriétés physiques d'un solide, présente dans sa structure atomique des propriétés à la fois des liquides et des solides. "Si des images au microscope électronique sont examinées, on peut voir une couche de polygones irréguliers et disparates. Cela ressemble à un tapis de chiffon composé principalement de pentagones, hexagones, heptagones et octogones", explique Ute Kaiser, experte en microscopie électronique à Ulm. « En utilisant nos résultats, nous avons été étonnamment en mesure de confirmer une thérapie formulée par W.H. Zachariasen en 1932". L'hypothèse de réseau formulée par le physicien norvégien-américain concernant la structure atomique du verre posée, en termes généraux, que le verre est dans sa structure atomique de base - constituée de tétraèdres SiO4 - similaire au cristal, à la seule différence que ces tétraèdres sont reliés les uns aux autres beaucoup plus aléatoirement que dans un cristal très régulièrement organisé, de sorte que l'arrangement semble beaucoup plus irrégulier.

Ce "thriller" scientifique dont les résultats ont été publiés dans Lettres nano en 2012, a également eu une double fin heureuse pour l'équipe internationale de chercheurs. Non seulement l'équipe a réussi à identifier le verre le plus fin imaginable, mais elle a également résolu un casse-tête de la science des matériaux jusqu'alors non résolu. Dernièrement, la question de la structure atomique du verre n'est pas seulement l'une des grandes questions de la science inorganique mais aussi l'un des plus grands problèmes analytiques de la physique. L'entrée dans le livre Guinness est donc bien méritée.