Le verre est un matériau important dans notre vie quotidienne, servant à diverses fins telles que l'isolation thermique, la formation d'écrans pour ordinateurs et smartphones, etc. Cependant, son large éventail d’utilisations historiques contraste fortement avec les mystères scientifiques posés par sa structure atomique désordonnée. Cet arrangement déroutant d’atomes complique les efforts visant à comprendre et à manipuler pleinement les propriétés structurelles du verre. Par conséquent, concevoir des matériaux fonctionnels efficaces à l’aide de lunettes reste une tâche difficile pour les scientifiques.
Progrès dans la recherche sur le verre
Pour révéler davantage les régularités structurelles cachées dans les matériaux en verre, une équipe de recherche s'est concentrée sur les structures en forme d'anneau dans le réseau de liaisons chimiques du verre. Une équipe de recherche comprenant le professeur Motoki Shiga du centre d'analyse de données sans précédent à grande échelle de l'université de Tohoku a créé de nouvelles méthodes pour quantifier la structure tridimensionnelle et la symétrie structurelle des anneaux : « rondeur » et « rugosité ».
À l’aide de ces indicateurs, l’équipe a déterminé le nombre exact de formes d’anneaux représentatives dans la silice cristalline et vitreuse (SiO2), trouvant un mélange d’anneaux uniques au verre et d’anneaux similaires dans le cristal.
De plus, les chercheurs ont développé une technique pour mesurer la densité des atomes dans l’espace autour des anneaux en déterminant l’orientation de chaque anneau.
Ils ont découvert qu'il existe une anisotropie autour de l'anneau, c'est-à-dire que l'ajustement de la configuration atomique n'est pas cohérent dans toutes les directions, et que l'ordre structurel associé à l'anisotropie provoquée par l'anneau est cohérent avec les preuves expérimentales telles que les données de diffraction de la silice. L’étude a également révélé que dans des zones spécifiques, la disposition atomique suivait un certain degré d’ordre ou de régularité, même si la disposition atomique dans la silice vitreuse semblait discordante et chaotique.
Percées et orientations futures
"Les unités structurelles et l'ordre structurel au-delà des liaisons chimiques ont longtemps été déduits grâce à des observations expérimentales, mais jusqu'à présent les scientifiques ne les ont pas trouvés", a déclaré Shiga. "De plus, notre analyse réussie contribue à la compréhension des transitions de phase, telles que la vitrification et la cristallisation des matériaux, et fournit la description mathématique nécessaire pour contrôler la structure et les propriétés des matériaux."
À l’avenir, Shiga et ses collègues utiliseront ces technologies pour proposer des procédures d’exploration des matériaux en verre basées sur des méthodes basées sur les données telles que l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle.
Référence : « Cyclic Anisotropy of Local Structural Order in Amorphous and Crystalline Silica », par Motoki Shiga, Akihiko Hirata, Yohei Onodera et Hirokazu Masai, 3 novembre 2023, « Communications Materials ».
DOI:10.1038/s43246-023-00416-w
Source compilée : ScitechDaily