24 avril 2019 — On nous apprend à l’école (et plus tard) qu’il n’existe que trois états de la matière : solide, liquide et gazeux. Seulement voilà que des physiciens ont découvert plusieurs autres variétés qui peuvent vivre dans des conditions extrêmes de pression et de température et acquérir des propriétés des états solide et liquide.
Les résultats montrent que l’application de pressions et de températures élevées au potassium — un simple métal — crée un état dans lequel la plupart des atomes de l’élément forment une structure en réseau solide. Cependant, la structure contient également un deuxième ensemble d’atomes de potassium qui sont dans un arrangement fluide.Si d’une façon ou d’une autre on réussissait à extraire un morceau de ce matériau, il aurait probablement l’aspect d’un bloc solide duquel s’écoule du potassium fondu jusqu’à ce que finalement, il soit complètement dissous.
Ce matériau qui repousse les lois de la physique serait comme une éponge composée d’eau de laquelle s’écoule… de l’eau.
Cet état inhabituel du potassium pourrait exister dans des conditions semblables à celles que l’on trouve dans le manteau terrestre, mais cet élément est généralement présent sous la forme de composés et non sous sa forme élémentaire. Selon les chercheurs, plus d’une demi-douzaine d’éléments, dont le sodium et le bismuth, seraient capables d’exister dans l’état nouvellement découvert.
Jusqu’à présent, on ne savait pas si les structures inhabituelles représentaient un état de la matière distinct, ou existaient comme des étapes de transition entre deux États distincts.
Une équipe dirigée par des scientifiques de l’Université d’Édimbourg a utilisé de puissantes simulations informatiques pour étudier l’existence de l’état, appelé état à chaîne fondue. La simulation du comportement de plus de 20 000 atomes de potassium dans des conditions extrêmes a révélé que les structures formées représentaient le nouvel état stable de la matière.
L’application de la pression sur les atomes conduit à la formation de deux structures en réseau solides interconnectées, a déclaré l’équipe. Les interactions chimiques entre les atomes d’un réseau sont fortes, ce qui signifie qu’ils restent sous forme solide lorsque la structure est chauffée, tandis que les autres atomes fondent à l’état liquide.
L’étude, publiée dans le compte rendu de la revue Proceedings de la National Academy of Sciences, a été financée par le Conseil européen de la recherche et le Conseil de recherche en génie et en sciences physiques. Les travaux ont été réalisés en collaboration avec des scientifiques de l’Université Xi’an Jiantong en Chine.
Andreas Hermann, directeur de l’étude à la faculté de physique et d’astronomie de l’Université d’Édimbourg, a déclaré : « Le potassium est l’un des métaux les plus simples que nous connaissions. Pourtant, si vous le pressez, il forme des structures très compliquées. Un état inhabituel, mais stable est à la fois solide et liquide. La recréation de cet état inhabituel dans d’autres matériaux pourrait avoir toutes sortes d’applications. »
« Ce serait un peu comme tenir une éponge gorgée d’eau qui commence à goutter, sauf que l’éponge est en fait composée d’eau, » illustre le coauteur de l’étude Andreas Hermann, physicien de la matière condensée à l’université d’Édimbourg. Son travail fait l’objet d’un article paru cette semaine dans le journal Proceedings of the National Academy of Science.
Maintenant que l’état de fusion de chaîne du potassium est confirmé, il rejoint le spectre des autres états inhabituels connus de la matière, en dehors des états plus communs que sont le gaz, le solide et le liquide, c’est-à-dire: Plasma, Condensat de Bose-Einstein, Supraconducteur, Superfluide, Matière dégénérée, Plasma quarks-gluons.
Henri Coron (btlv.fr/ source EurekAlert !)
