Un désordre constructif

Les objets de la vie quotidienne, comme les oranges, ne s’empilent bien que s’ils sont de taille et de forme presque identiques, même de petites variations gênent la construction d’un empilement régulier. À plus petite échelle, les structures microscopiques composées de parties presque identiques se comportent intuitivement de la même manière. Les couleurs chatoyantes d’une opale, ou la peau du caméléon qui change de couleur, sont rendus possibles par des cristaux périodiques de nano-objets très similaires.

En collaboration avec l’ESPCI (Paris), le Laboratoire de Physique des solides, l’ESRF et le Max-Planck Institute, le département INTERFACES du laboratoire ICB a pourtant démontré que cette intuition est toutefois trompeuse en observant comment une collection désordonnée de particules nanoscopiques de tailles diverses peut néanmoins cristalliser. Des travaux publiés dans la revue « Physical Review Letters ».

A mesure que ces particules sont contraintes d’entrer dans des volumes de plus en plus étroits, elles évoluent vers des structures cristallines moins compactes (plutôt que plus dense, comme on pourrait s’y attendre), mais plus tolérante à la diversité de taille des particules. En d’autres termes, la nature préfère les structures ordonnées qui laissent plus de place au désordre local.

Ces résultats mettent en évidence que, contrairement à ce que l’on pensait jusqu’ici, il existe de nombreuses possibilités de concevoir des structures régulières qui s’assemblent d’elles-mêmes.

• Pour plus d’informations : Guillaume Bareigts, Pree-Cha Kiatkirakajorn, Joaquim Li, Robert Botet, Michael Sztucki, Bernard Cabane, Lucas Goehring, et Christophe Labbez, Packing polydisperse colloids into crystals: when charge-dispersity matters, Phys. Rev. Lett. 124, 058003 (2020)

Ci-dessus :

Détail d’une simulation après la cristallisation d’une dispersion de nanoparticules avec une grande dispersité de taille (14%). Les particules adoptent une structure cristalline peu compacte (cubique centrée) laisssant plus de place au désordre local