Une équipe de recherche dirigée par le professeur Pavel Jungwirth à l'Institut de chimie organique et de biochimie de l'Académie tchèque des sciences (IOCB Prague) a découvert un phénomène auparavant inconnu qui émerge lors de la transformation d'un liquide d'un non-métal à un métal conducteur.
Dans cette transition, ils ont observé une phase distincte dans laquelle le système se retourne spontanément et rapidement entre les états métalliques et non métalliques – sans se régler dans l'une ou l'autre durée significative.
Cette théorie nouvellement proposée est fondée sur une modélisation moléculaire de haut niveau. L'étude, réalisée en collaboration avec l'Université d'Oxford, la Faculté de mathématiques et de physique de l'Université Charles et de l'Institut de chimie physique de J. Heyrovský, a été publié dans Communications de la nature.
Le professeur Jungwirth et ses collègues explorent depuis longtemps les conditions dans lesquelles les substances passent des États non métalliques aux États métalliques. Leur recherche remet en question les idées conventionnelles enracinées dans le fait que les métaux sont généralement solides, montrant plutôt que certains liquides peuvent présenter un comportement métallique intéressant non présent dans les solides.
L'un de leurs modèles antérieurs – où les métaux alcalins tels que le lithium, le sodium ou le potassium sont dissous dans l'ammoniac liquide jusqu'à ce que la solution passe du bleu à un état métallique doré – a gardé l'attention en Science Il y a cinq ans.
Lorsque les métaux alcalins libèrent des électrons dans la solution, le nombre croissant d'électrons libres commence à former une bande de conduction, transformant le liquide électrolyte en métal liquide.
L'équipe de IOCB Prague a développé une méthodologie qui permet non seulement de calculer cette transition, mais aussi, en principe, vérifié expérimentalement en utilisant la spectroscopie photoélectronique dans une installation de synchrotron.
S'appuyant sur ces résultats, ils ont maintenant utilisé des simulations avancées de dynamique moléculaire pour proposer une nouvelle hypothèse: qu'entre les phases non métalliques et métalliques, il existe une troisième phase caractérisée par une commutation ultra-rapide – à juste titre de dizaines de clostosecondes – entre les deux.
« Personne ne s'était déjà rendu compte qu'un système pourrait osciller entre les états métalliques et non métalliques sur une échelle de temps si brève. Il n'avait tout simplement pas été considéré auparavant », explique le professeur Jungwirth. « Nous pensons que nos prédictions théoriques sont suffisamment précises pour justifier une attention sérieuse. »
L'équipe s'efforce maintenant de valider leurs résultats expérimentalement et recherche un laboratoire équipé pour détecter ces transitions éphémères.
« Ce ne sera pas facile, car la commutation se produit incroyablement rapidement – à l'ordre de millions de millionième de seconde », explique Ph.D. L'étudiant Marco Vitek, le premier auteur de l'étude. « La question est de savoir comment capturer quelque chose d'aussi rapidement dans une expérience. Notre plan est d'utiliser des lasers ultra-rapides, dont certains nous avons déjà accès ici à l'Institut. »
S'il est confirmé, les résultats pourraient ouvrir un nouveau chapitre à la frontière de la physique et de la chimie – introduisant un processus physique fondamental non encore couvert dans la littérature.
