Résolution du mystère de la formation de quasi-cristaux bidimensionnels à partir d'oxydes métalliques
"Nous sommes impatients de savoir si cet arrangement spécial produira des propriétés totalement nouvelles et utiles".
La structure de l'oxyde de titane bidimensionnel se brise à haute température par l'ajout de baryum ; au lieu d'hexagones réguliers, des anneaux de quatre, sept et dix atomes sont créés qui s'ordonnent de manière apériodique. Une équipe de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) a fait cette découverte en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Max Planck (MPI) pour la physique des microstructures, de l'Université Grenoble Alpes et du National Institute of Standards and Technology (Gaithersburg, États-Unis), résolvant ainsi l'énigme de la formation de quasi-cristaux bidimensionnels à partir d'oxydes métalliques. Leurs résultats ont été publiés dans la revue "Nature Communications".
Une sous-structure composée d'anneaux de différentes tailles s'intègre parfaitement dans une structure hexagonale.
Uni Halle / Stefan Förster
On trouve fréquemment des hexagones dans la nature. L'exemple le plus connu est le nid d'abeille, mais le graphène ou divers oxydes métalliques, comme l'oxyde de titane, forment également cette structure. "Les hexagones constituent un motif idéal pour les arrangements périodiques", explique le Dr Stefan Förster, chercheur au sein du groupe de physique des surfaces et des interfaces de l'Institut de physique de MLU. "Ils s'emboîtent si parfaitement qu'il n'y a aucun vide". En 2013, ce groupe a fait une découverte étonnante en déposant une couche ultrafine contenant de l'oxyde de titane et du baryum sur un substrat de platine et en la chauffant à environ 1 000 degrés centigrades sous ultravide. Les atomes se sont arrangés en triangles, carrés et losanges qui se regroupent en formes symétriques encore plus grandes avec douze arêtes. Une structure à symétrie rotationnelle double a été créée, au lieu de la périodicité double 6 attendue. Selon Förster, "on a créé des quasicristaux dont la structure est apériodique. Cette structure est constituée d'amas atomiques de base qui sont hautement ordonnés, même si la systématique derrière cet ordonnancement est difficile à discerner pour l'observateur." Les physiciens de Halle ont été les premiers au monde à démontrer la formation de quasicristaux bidimensionnels dans des oxydes métalliques.
Les mécanismes qui sous-tendent la formation de ces quasicristaux sont restés mystérieux depuis leur découverte. Les physiciens de MLU ont maintenant résolu cette énigme en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Max Planck de physique des microstructures de Halle, de l'Université Grenoble Alpes et du National Institute of Standards and Technology (Gaithersburg, USA). À l'aide d'expériences élaborées, de calculs énergétiques et de microscopie à haute résolution, ils ont montré que des températures élevées et la présence de baryum créent un réseau d'anneaux de titane et d'oxygène comportant respectivement quatre, sept et dix atomes. "Le baryum brise les anneaux atomiques et les stabilise", explique Förster, qui dirige le projet commun. "Un atome de baryum est intégré dans un anneau de sept, deux dans un anneau de dix". Cela est possible parce que les atomes de baryum interagissent avec le support en platine, mais ne forment pas de liaison chimique avec les atomes de titane ou d'oxygène.
Avec leur dernière découverte, les chercheurs ont fait plus que clarifier une question fondamentale de physique. "Maintenant que nous comprenons mieux les mécanismes de formation au niveau atomique, nous pouvons essayer de fabriquer de tels quasi-cristaux bidimensionnels à la demande dans d'autres matériaux pertinents pour les applications, comme les oxydes métalliques ou le graphène", explique M. Förster. "Nous sommes impatients de savoir si cet arrangement spécial produira des propriétés complètement nouvelles et utiles."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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