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.
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Décidément, Artem Oganov ne cesse de faire parler de lui depuis quelque temps, que ce soit avec ses travaux sur le germane ou le borebore ionique. A l'origine de son dernier article dans la revue Nature se trouvent les calculs initiaux de Yanming Ma, professeur de physiquephysique à l'université de JilinJilin, en Chine. Dans des conditions de pressionpression normales, le sodiumsodium est un bon conducteur, ce qui lui vaut par exemple d'être employé dans l’expérience VKS, destinée à étudier en laboratoire la dynamodynamo 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'atmosphèresatmosphères, certains indices théoriques impliquent que non seulement il devient isolantisolant mais qu'il devrait aussi devenir transparenttransparent. Pour vérifier cette prédiction, le chercheur chinois a décidé d'entreprendre une collaboration avec Artem Oganov, le désormais célèbre et expert en cristallographiecristallographie 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 orbitalesorbitales des électronsélectrons autour des noyaux et une transition de phasetransition de phase doit se produire, faisant passer le sodium de l'état de conducteur, sous forme d'un métalmétal 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 : <em>Stony Brooks University</em>

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 PlanckPlanck de chimiechimie 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 matériaumatériau noir, puis celui d'un matériau translucidetranslucide 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 géantesplanètes géantes et même le cœur de certaines étoilesétoiles.