Le verre est un matériau qui paraît simple par sa transparence et sa rigidité, mais qui est en réalité très complexe et intrigant. Sa transformation du liquide au verre, connue sous le nom de « transition vitreuse », est marquée par un ralentissement important de sa dynamique, conférant au verre ses propriétés distinctives.
Cette transformation est un sujet de curiosité scientifique depuis des années. Un aspect particulièrement intéressant de ce processus est l’émergence d’« hétérogénéités dynamiques ». À mesure que le liquide refroidit et se rapproche de la température de transition vitreuse, sa dynamique devient plus corrélée et intermittente.
Nouveau cadre théorique pour la formation du verre
Dans une nouvelle étude, les chercheurs proposent un nouveau cadre théorique pour expliquer ces hétérogénéités dynamiques dans les liquides vitreux. L’idée est que la relaxation dans ces liquides se produit par le biais de réarrangements locaux, qui s’influencent mutuellement via des interactions élastiques. En étudiant l’interaction entre les réarrangements locaux, les interactions élastiques et les fluctuations thermiques, les chercheurs ont formulé une théorie complète de la dynamique collective de ces systèmes complexes.
L’étude est une collaboration entre le professeur Matthieu Wyart de l’EPFL et ses collègues de l’Institut Max Planck de Dresde, de l’ENS, de l’Université Grenoble Alpes et du Centre de biologie des systèmes de Dresde. Il est désormais publié dans Examen physique X.
Théorie de la mise à l’échelle et ses implications
L’équipe a développé une « théorie de la mise à l’échelle » qui explique la croissance de la longueur de corrélation dynamique observée dans les liquides formant du verre. Cette longueur de corrélation est liée aux « avalanches thermiques », qui sont des événements rares induits par des fluctuations thermiques, qui déclenchent ensuite une explosion ultérieure de dynamique plus rapide.
Le cadre théorique de l’étude fournit également un aperçu de la rupture de Stoke-Einstein, un phénomène dans lequel la viscosité du liquide se dissocie de la diffusion de ses particules.
Pour valider leurs prédictions théoriques, les chercheurs ont mené des simulations numériques approfondies dans diverses conditions. Ces simulations ont soutenu le précision de leur théorie de mise à l’échelle et de sa capacité à décrire la dynamique observée dans les liquides formant du verre.
Implications et conclusions plus larges
L’étude approfondit non seulement notre compréhension de la dynamique du verre, mais suggère également une nouvelle approche pour aborder les propriétés de certains autres systèmes complexes où la dynamique est intermittente et saccadée – des caractéristiques connues pour se produire dans diverses situations, depuis l’activité cérébrale ou le glissement. entre les objets en friction.
« Nos travaux relient l’augmentation de la longueur de corrélation dynamique dans les liquides à des relaxations de type avalanche, bien étudiées par exemple dans le contexte d’aimants désordonnés, de matériaux granulaires et de tremblements de terre », précise Matthieu Wyart. « En tant que telle, cette approche crée des ponts inattendus entre d’autres domaines. Notre description de la manière dont les avalanches sont affectées par les fluctuations exogènes, notamment thermiques, pourrait donc présenter un intérêt plus général.
L’étude a été financée par la Fondation Simons et le Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung.
