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Le cryovolcanisme d'Encelade inspire la nanoélectronique

ActualitéClassé sous :physique , Astronomie , cryovolcanisme

Un géologue planétaire britannique a fait une découverte inattendue en étudiant les propriétés rhéologiques des cristaux de méthanol dans les conditions régnant, par exemple, à l'intérieur des lunes de Saturne et Neptune. Une application pourrait voir le jour en microélectronique sous la forme de nano-interrupteurs d'un seul atome d'épaisseur.

La surface de Triton, un satellite de Neptune, porte des traces d'un cryovolcanisme. On voit ainsi en bas à droite, les dépôts noirs laissés par des éruptions de cryovolcans. Il doit s'agir d'un mélange d'azote et de composés organiques. © Nasa-JPL

Le mélange eau-méthanol est d'une grande importance en biochimie et dans l'industrie. Il intéresse aussi beaucoup les planétologues et les cosmochimistes. Ces derniers sont confrontés à ce mélange aussi bien lorsqu'ils étudient les réactions chimiques dans la couche de glace entourant des grains de poussières silicatés ou carbonés (présents dans les nuages moléculaires ou dans les comètes), que dans le cas des lunes glacées du Système solaire. On pense en effet que le méthanol est présent de façon importante dans les solutions aqueuses intervenant dans l'activité cryovolcanique des lunes glacées de notre Système solaire, comme Encelade et Triton.

Pour comprendre le comportement des glaces à l'intérieur de ces petits corps glacés, le planétologue Dominic Fortes a donc entrepris d'étudier la structure des cristaux de monohydrate de méthanol dans certaines conditions de températures et de pression. Pour cela, il a soumis les échantillons de cette glace à des faisceaux de neutrons aussi bien à l'institut Laue-Langevin, en France, qu'avec la source de neutrons d'Isis du Rutherford Appleton Laboratory près Oxford.

Les cryovolcans en éruption sur Encelade, la lune de Saturne. © Nasa-JPL

Une compressibilité linéaire négative

En mesurant les changements structuraux dans les cristaux de méthanol pour différentes gammes de températures et de pression, le chercheur a découvert qu'ils pouvaient se dilater énormément dans une direction tout en se contractant dans les deux autres, ou inversement, alors qu'ils étaient soumis à une pression isotrope. Cette expansion inattendue (allongement et contraction) sous une pression uniforme est connue comme la compressibilité linéaire négative (CLN). C'est une propriété rarissime en physique du solide puisqu'on ne connaît guère plus d'une quinzaine d'exemples du même genre.

Malheureusement, on n'explique pas très bien l'origine de ce phénomène. Comprendre en laboratoire sur Terre le comportement de ce matériau à l'origine du cryovolcanisme dans le Système solaire est donc un bon moyen pour résoudre cette énigme et se servir de la connaissance acquise pour fabriquer d'autres matériaux possédant cette CLN.

Une vue d'artiste des cryovolcans d'Encelade en éruption. © Michael Carroll

Un bonus inattendu

Or, de tels matériaux sont envisagés depuis des années d'un point de vue théorique pour réaliser des sortes de nanocommutateurs pour des nanocircuits électroniques. Il faudrait seulement qu'ils soient commercialement viables et qu'ils puissent fonctionner dans des conditions physiques standards.

Pour Dominic Fortes, « cette découverte était absolument inattendue. En tant qu'astrogéologue, mes recherches se concentrent sur la compréhension des mécanismes à la base des éruptions volcaniques dans le Système solaire externe. Si mes résultats ouvrent des portes pour la science appliquée sur la Terre, c'est un vrai bonus ».   

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