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La technique de diffraction électronique femtoseconde décrite dans l'article est employée depuis un certain temps pour étudier les mouvement des atomes dans des molécules et ainsi avoir une compréhension fine des réactions chimiques pilotées par un laser. Crédit : Caltech
Dans un métal, les atomes se présentent sous forme d'ions positifs, situés aux nœuds du réseau, entre lesquels circule un gaz d'électronsélectrons libres. Lorsqu'on chauffe un métal, l'agitation des ions augmente et ils finissent par surmonter les forces d'attractions qui les maintenaient dans leurs sites au sein du réseau cristallinréseau cristallin : le métal fond. Il intervient aussi le fait que les électrons se retrouvent en moyenne à plus grande distance des ions et les forces répulsives entre ces derniers deviennent plus intenses.
Mais ce scénario ne vaut pas pour l'or... Les calculs indiquent que le chauffage des électrons du métal se traduit par une augmentation temporaire des forces de liaisons entres les noyaux. Au lieu de s'amollir, le métal devient ainsi plus dur !
Pour tester cette prédiction surprenante, qui ne se produit que lorsque la température de chauffage dépasse le milliard de degrés, R.J. Dwayne Miller, professeur de chimiechimie et de physiquephysique à l'université de Toronto au Canada, a utilisé, avec les membres du groupe qu'il y dirige, la technique de la diffraction électronique femtoseconde (UED, Ultrafast Electron Diffraction).
Comment chauffer de l'or à un milliard de degrés ?
On commence par produire le phénomène de renforcement temporaire des forces entre noyaux d'or en envoyant une impulsion de lumièrelumière laserlaser ultracourte de telle sorte qu'un petit échantillon d'or voit sa température grimper à plus de un milliard de degrés. Pour observer le phénomène d'augmentation de résistancerésistance, qui ne dure évidemment qu'un temps très court, un faisceau d'électrons constituant une impulsion, d'une duréedurée se mesurant en femtosecondesfemtosecondes, est envoyé sur l'échantillon où les ions en mouvementmouvement le diffractent. L'image de diffractiondiffraction obtenue permet de déduire les mouvements de ces ions et ainsi de remonter aux forces s'exerçant sur eux.
Pendant un bref instant, les chercheurs ont donc pu vérifier que de l'or chauffé à une température cent fois supérieure à celle régnant au cœur du SoleilSoleil, non seulement ne fond pas, mais voit même son point de fusionfusion augmenter temporairement. Les détails de l'expérience sont exposés dans un article de Science du 22 janvier 2009.
