Bien qu'il soit fascinant que les créatures vivantes développent des motifs distincts sur leur peau, ce qui est peut-être encore plus mystérieux, c'est leur ressemblance frappante avec la peau des métaux liquides congelés.

La formation de motifs est un exemple classique de l'une des merveilles de la nature sur laquelle les scientifiques réfléchissent depuis des siècles. Vers 1952, le célèbre mathématicien Alan Turing (père des ordinateurs modernes) a proposé un modèle conceptuel pour expliquer le processus de formation de motifs d'un système à deux substances. De tels modèles sont également appelés modèles de Turing par la suite.

La formation de motifs est également couramment adoptée par les systèmes artificiels et cela est particulièrement vrai dans le domaine de la métallurgie. Il a même un sous-domaine appelé "métallographie, " qui se spécialise dans l'étude des motifs et des compositions à l'échelle microscopique des métaux et alliages. Si vous séparez un alliage à plusieurs composants et jetez un œil à ses sections transversales, il y a de fortes chances que vous voyiez des rayures alternées ou des taches alignées de différents composants métalliques, tout comme une version microscopique des motifs sur la peau d'un zèbre ou d'un léopard. Cependant, malgré les connaissances anciennes sur le cœur des alliages métalliques liquides et leurs schémas de solidification en masse, leur phénomène de formation de motifs de surface a longtemps été négligé jusqu'à présent.

Dans un ouvrage publié dans la revue Nature Nanotechnologie , des chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) Sydney et leurs collaborateurs de l'Université d'Auckland (le MacDiarmid Institute), RMIT, et UCLA ont découvert que divers types de motifs se produisent à la surface des alliages métalliques solidifiés. L'équipe a utilisé des mélanges métalliques à deux composants, tels que les alliages à base de gallium contenant de petites quantités de bismuth. Ces alliages fondent facilement dans la main et facilitent ainsi l'observation expérimentale et le contrôle.

"Nous pouvions observer le processus de solidification de surface sous un microscope optique ordinaire et j'ai été étonné quand j'ai vu pour la première fois un front de solidification sur la surface du métal liquide créant des motifs solides derrière lui, " a déclaré le Dr Jianbo Tang, le principal auteur de l'ouvrage. "Vous pouvez imaginer la scène d'un glacier se déplaçant à la surface de l'océan, mais tout ce que l'on voit sous notre microscope est métallique et microscopique", a ajouté le Dr Tang.

Pour voir les détails les plus fins du glacier métallique, la microscopie électronique a été utilisée, et les chercheurs ont observé un kaléidoscope de motifs très ordonnés comprenant des rayures alternées, fibres courbes, tableaux de points, et quelques hybrides exotiques à rayures. Étonnamment, l'équipe a constaté que, lorsque ces motifs sont formés, l'abondance de l'élément bismuth à faible concentration dans la région de surface a été considérablement augmentée. Un tel enrichissement de surface trouvé dans cette étude défie les compréhensions métallurgiques conventionnelles.

Les chercheurs ont lié la magie derrière ce phénomène de solidification nouvellement observé aux structures de surface uniques des métaux liquides et ils ont également utilisé des super ordinateurs pour simuler le processus. Dans leurs simulations informatiques, les atomes de bismuth en petit nombre, apparemment se déplaçant au hasard dans une mer d'atomes de gallium, s'accumulent à la surface de l'alliage.

"Ce phénomène de solidification de surface auparavant ignoré améliore notre compréhension fondamentale des alliages de métaux liquides et de leurs processus de transition de phase. De plus, ce processus de surface autonome peut être utilisé comme outil de modelage pour la conception de structures métalliques et la création de dispositifs pour des applications avancées dans l'électronique et l'optique futures », a déclaré le professeur Kourosh Kalantar-Zadeh, un auteur correspondant de l'étude.