Les chercheurs ont montré comment les principes des vagues scélérates (d'énormes vagues de 30 mètres qui surgissent de manière inattendue dans l'océan) peuvent être appliqués à l'échelle nanométrique, avec des dizaines d'applications allant de la médecine à l'industrie.
Longtemps considérées comme un mythe, les vagues scélérates frappent depuis un environnement relativement calme, brisant les plates-formes pétrolières et les navires sur leur passage. Contrairement aux tsunamis, les vagues scélérates se forment par la combinaison fortuite de vagues plus petites dans l'océan, créant un événement très rare.
De nombreuses recherches ont été menées sur les ondes scélérates ces dernières années, mais pour la première fois, les scientifiques montrent comment cela peut être appliqué à une échelle beaucoup plus petite, à l'échelle nanométrique. Un nanomètre est un million de fois plus petit que l’épaisseur d’une page d’un livre. Il s'agit d'une toute nouvelle approche du comportement des liquides à l'échelle nanométrique, publiée sous forme de lettre dans Physical Review Fluids. .
Les trous et les bosses provoqués par les ondes scélérates peuvent être manipulés pour produire spontanément des motifs et des structures destinés à être utilisés dans la nanofabrication (fabrication à l'échelle d'un milliardième de mètre). Par exemple, les modèles formés qui rompent les films liquides peuvent être utilisés pour construire des circuits microélectroniques, qui pourraient être utilisés dans la production de composants à faible coût de cellules solaires. De plus, le comportement de fines couches de liquide pourrait contribuer à expliquer pourquoi des millions de personnes dans le monde souffrent de sécheresse oculaire. Cela se produit lorsque le film lacrymal recouvrant l'œil se rompt.
Grâce à des simulations directes de molécules et de nouveaux modèles mathématiques, l'étude menée par l'Institut de mathématiques de l'Université de Warwick a découvert comment les couches nanoscopiques de liquide se comportent de manière contre-intuitive. Alors qu'une couche de café renversée sur une table peut rester apparemment immobile, à l'échelle nanométrique, le mouvement chaotique des molécules crée des vagues aléatoires à la surface d'un liquide.
Un événement rare se produit lorsque ces ondes conspirent pour créer une grande « nanoonde malveillante » qui traverse la couche et crée un trou. La nouvelle théorie explique à la fois comment et quand ce trou se forme, donnant un nouvel aperçu d'un effet auparavant imprévisible, en prenant leurs grands cousins océaniques comme modèle mathématique.
L'équipe de chercheurs est enthousiasmée par le potentiel de cette recherche dans différentes industries; les applications sont vastes.
Le professeur James Sprittles, de l'Institut de mathématiques de l'Université de Warwick, a déclaré :"Nous avons été ravis de découvrir que les modèles mathématiques développés à l'origine pour la physique quantique et récemment appliqués pour prédire les vagues océaniques scélérates sont cruciaux pour prédire la stabilité des couches nanoscopiques de liquide."
"À l'avenir, nous espérons que cette théorie pourra être exploitée pour permettre un large éventail de nanotechnologies, dans lesquelles la manipulation du moment et de la manière dont les couches se rompent est cruciale. Il pourrait également y avoir des applications dans des domaines connexes, tels que le comportement des émulsions, par exemple dans les aliments ou les peintures. , où la stabilité des films liquides minces dicte leur durée de conservation."
La recherche est publiée dans la revue Physical Review Fluids .
Plus d'informations : James E. Sprittles et al, Nanowaves indésirables :une voie vers la rupture du film, Physical Review Fluids (2023). DOI :10.1103/PhysRevFluids.8.L092001
Fourni par l'Université de Warwick
