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Sous pression, le sodium métallique devient transparent !

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Par Laurent Sacco, Futura

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Du métal qui devient un isolant transparent, voilà qui semble impossible. C'est pourtant le cas du sodium placé dans des conditions de pression similaires à celles régnant au cœur des planètes géantes. Ce qui n'était qu'une prédiction théorique vient d'être démontré.

Sous une pression de 120 à 199 GPa, la structure du sodium se modifie et ce métal se rapproche de la transparence. A 199 GPa, il devient translucide de couleur rouge. Crédit : Nature

Décidément, Artem Oganov ne cesse de faire parler de lui depuis quelque temps, que ce soit avec ses travaux sur le germane ou le bore ionique. A l'origine de son dernier article dans la revue Nature se trouvent les calculs initiaux de Yanming Ma, professeur de physique à l'université de Jilin, en Chine. Dans des conditions de pression normales, le sodium est un bon conducteur, ce qui lui vaut par exemple d'être employé dans l’expérience VKS, destinée à étudier en laboratoire la dynamo terrestre fonctionnant dans le noyau de notre planète. Or, selon Yanming Ma, lorsque du sodium se trouve soumis à une pression de deux millions d'atmosphères, certains indices théoriques impliquent que non seulement il devient isolant mais qu'il devrait aussi devenir transparent. Pour vérifier cette prédiction, le chercheur chinois a décidé d'entreprendre une collaboration avec Artem Oganov, le désormais célèbre et expert en cristallographie théorique de l'université Stony Brook.

Unissant leurs forces, les deux chercheurs ne tardèrent pas à démontrer que, théoriquement au moins, c'est bien ce qui devrait se passer. Une telle pression doit modifier les orbitales des électrons autour des noyaux et une transition de phase doit se produire, faisant passer le sodium de l'état de conducteur, sous forme d'un métal blanc, à l'état d'un isolant transparent dans le domaine optique.

A gauche Artem Oganov et à droite Andriy O. Lyakhov lors d'une conférence sur la structure du sodium à haute pression. Crédit : Stony Brooks University

Restait à en avoir une confirmation expérimentale et c'est pourquoi Ma et Oganov se sont tournés vers Mikhail Eremets, le leader d'un groupe expérimental à l'Institut Max Planck de chimie à Mayence (Allemagne). Eremets a d'abord été sceptique mais la perspective de réaliser une expérience difficile et délicate a suffi à le décider à se lancer dans l'aventure avec son équipe.

Réalisées sur un échantillon de sodium de taille micrométrique, les expériences des chercheurs de l'Institut Max Planck ont bel et bien démontré, photos à l'appui, qu'au fur et à mesure que la pression augmentait, le sodium prenait l'aspect d'un matériau noir, puis celui d'un matériau translucide rouge avant de finalement devenir transparent sous une pression de 200 GPa (gigapascals)obtenue grâce à une cellule à enclumes de diamants.

Selon Oganov et Ma, ce résultat remarquable devrait aider à mieux comprendre l'intérieur des planètes géantes et même le cœur de certaines étoiles.