Les quasicristaux, un nouvel état de la matière….

L’Académie royale suédoise des sciences a décidé de décerner le prix Nobel de chimie 2011 à Dan Shechtman  «Pour la découverte des quasi-cristaux ».

Les quasicristaux,une remarquable mosaïque d’atomes...

« Dans les quasicristaux, on trouve les mosaïques fascinantes du monde arabe reproduites à l’échelle des atomes: des modèles réguliers qui ne se répètent jamais.

Cependant, la configuration trouvée dans les quasicristaux était considérée comme impossible… Le Prix Nobel de chimie 2011 a fondamentalement modifié la façon dont les chimistes conçoivent des matières solides…

Quand les scientifiques décrivent les quasicristaux de Shechtman, ils utilisent un concept qui vient des mathématiques et l’art:le nombre d’or Ce nombre avait déjà suscité l’intérêt des mathématiciens de la Grèce antique, comme il est souvent apparu dans la géométrie. Dans les quasicristaux, par exemple, le rapport des distances différentes entre les atomes est lié au nombre d’or. »source:http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/press.html

Un peu d’historique:précisons cette découverte:

 

Qu’est ce qu’un cristal?

Jusqu’en 1982, c’est un arrangement d’ atomes selon une « maille » , qui se répète de façon périodique tout au long du matériau ( travaux de René Just Haüy à la fin du XVIIIe siècle ).

Un exemple de maille:

le sel de cuisine ou chlorure de sodium

Le chlorure de sodium cristallise selon une « maille » unitaire cubique faces centrées: ses atomes sont arrangés selon un motif de forme cubique avec des atomes verts (chlore) sur les sommets et aux centres des faces et des atomes gris (sodium) sur les arêtes et au milieu du cube

H Padleckas

Comment passer à l’échelle du cristal?….Le pavage

Pour construire des pavages ( échelle du cristal) la maille se répète selon des règles (symétrie de rotation , de translation).

 

Un motif qui possède une symétrie d’ordre 3, 4 ou 6 peut paver le plan.( des rectangles, des triangles, des carrés et des hexagones « structure en nid d’abeille »).

© Nobelprize.org

Comment faire des pavages de pentagones ? …..sans laisser aucun espace?…..

Jusqu’aux travaux de Dan Shechtman(1982), on pensait que ces mailles ne pouvaient pas s’agencer en un cristal.

Cependant, cette « prouesse » mathématique avait été été réalisée en 1974 par Roger Penrose.

Il réussit à construire un pavage avec deux types de losanges( bleus et jaunes) de telle sorte que l’ensemble soit non-périodique (pas de symétrie de translation). De plus, la symétrie de rotation du pentagone est bien utilisée …

Dans un pavage de taille infini, le rapport entre le nombre de pavés jaunes sur le nombre de pavés bleus est le nombre d’or !(voir ici)

A voir ici:

http://mathematiques.ac-bordeaux.fr/pedalyc/seqdocped/geoplane/penrose/penrose.pdf

 

http://serge.mehl.free.fr/chrono/Penrose.html

Ce type d’arrangement existe bien…..On le retrouve dans les quasicristaux (travaux de Dan Shectman /1982)

En 1982, en travaillant sur des échantillons d’ alliage d’aluminium et de manganèse refroidi rapidement , Dan Shechtman (prix Nobel de Chimie 2011) découvre le cristal interdit par la théorie ….Le quasicristal est là !

Image de prévisualisation YouTube

Ce n’est qu’en 1992 que l’Union internationale de cristallographie a modifié la définition d’un cristal pour englober celle des quasi-cristaux.

Des centaines de quasicristaux ont été synthétisés en laboratoire. En 2009, des chercheurs ont trouvé des quasicristaux dans une roche provenant de Russie et contenant de l’aluminium, du cuivre et du fer.

Depuis les quasicristaux font l’objet de recherches, leur avenir est prometteur….

( http://www.ardi-rhonealpes.fr/c/document_library/get_file?uuid=3a26af1c-5766-4de1-8491-213429ac8213&groupId=10136)

« Les retombées concrètes, pour le moment, ne sont pas nombreuses. Mais les matériaux (de quasicristaux) présentent des propriétés inattendues. Ils sont très résistants(…). Ils ne peuvent ni s’oxyder, ni rouiller « .Astrid Graslund, professeur de biophysique à l’université de Stockholm et secrétaire du comité Nobel de chimie.


 

.Sources :

- http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/info_publ_eng_2011.pd

http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-le-prix-nobel-de-chimie-2011-28050.php

http://membres.multimania.fr/quasicristal/

Tweet about this on TwitterShare on Google+Pin on PinterestShare on LinkedInShare on FacebookEmail this to someone