Des scientifiques ont observé des atomes qui restent immobiles au sein de métaux liquides à hautes températures, influençant la solidification des matériaux. À l'aide d'une microscopie avancée, des chercheurs de l'Université de Nottingham et de l'Université d'Ulm ont capturé ce phénomène dans des nanoparticules de métal fondu. Cette découverte révèle un nouvel état hybride de la matière avec des implications potentielles pour la catalyse et l'ingénierie des matériaux.
Dans une étude publiée le 9 décembre 2025 dans ACS Nano, des chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à transmission pour observer la solidification de nano-gouttelettes de métal fondu, telles que celles réalisées à partir de platine, d'or et de palladium. Les expériences ont consisté à chauffer des nanoparticules déposées sur du graphène, qui a servi de support fin pour faciliter la fusion. Étonnamment, tandis que la plupart des atomes se déplaçaient rapidement, certains restaient fixes sur place, ancrés à des défauts ponctuels dans le graphène même à des températures extrêmes.
Le professeur Andrei Khlobystov de l'Université de Nottingham, qui a dirigé l'équipe, a expliqué : « Lorsque nous considérons la matière, nous pensons généralement à trois états : gaz, liquide et solide. Alors que le comportement des atomes dans les gaz et les solides est plus facile à comprendre et à décrire, les liquides restent plus mystérieux. » Le Dr Christopher Leist, qui a réalisé la microscopie sur l'instrument SALVE d'Ulm, a noté que la focalisation du faisceau d'électrons créait des défauts supplémentaires, permettant de contrôler le nombre d'atomes stationnaires.
Ces atomes immobilisés perturbent la croissance cristalline lors de la solidification. Lorsque peu sont présents, les cristaux se forment normalement. Cependant, une forte densité d'atomes stationnaires peut former des anneaux, créant des « corrals atomiques » qui piègent le liquide dans un état supercritique. Pour le platine, ce liquide confiné persiste à des températures aussi basses que 350 degrés Celsius — plus de 1 000 degrés en dessous de son point de fusion typique — avant de former un solide amorphe instable.
La professeure Ute Kaiser a mis en lumière la nature duale des électrons dans les observations : « Nos expériences nous ont surpris car nous observons directement la dualité onde-particule des électrons dans le faisceau d'électrons. » Cela marque la première fois que des atomes sont ainsi corralisés, phénomène observé auparavant uniquement avec des photons et des électrons.
Le Dr Jesum Alves Fernandes a souligné les applications : « La découverte d'un nouvel état hybride du métal est significative. Étant donné que le platine sur carbone est l'un des catalyseurs les plus utilisés au monde, la découverte d'un état liquide confiné avec un comportement de phase non classique pourrait changer notre compréhension du fonctionnement des catalyseurs. »
Financé par le programme Metal Atoms on Surfaces and Interfaces (MASI) de l'EPSRC, ce travail suggère un potentiel pour concevoir des catalyseurs efficaces et de nouveaux matériaux combinant propriétés liquides et solides.
