Verre parfait

Le verre parfait, ou verre idéal^[a], est un état de la matière encore hypothétique mais prévu théoriquement et approché par des expériences et des simulations numériques. Son entropie de configuration (en) serait nulle et son entropie spécifique pourrait être inférieure à celle du solide cristallin de même composition aux mêmes température et pression.

Histoire

L'état de verre parfait est conjecturé en 1948 par le chimiste américain Walter Kauzmann (en)^[1]. Ce concept résulte de l'extrapolation vers les basses températures de l'entropie configurationnelle des liquides vitrifiables (en) : au lieu de tendre vers un plateau, elle tend (avec une pente croissante dans le diagramme S_conf-T) vers 0 pour une température non nulle aujourd'hui appelée température de Kauzmann (en).

Le concept de verre parfait est conforté en 1958 par une analyse théorique simplifiée^[2],[3], puis en 1965 par une méthode de dynamique moléculaire^[4]. Cette dernière étude valide l'équation empirique WLF, identifie la température de Kauzmann T_K avec celle d'une transition de phase de second ordre et montre qu'elle est dans un rapport presque constant, d'un matériau à l'autre, avec la température de transition vitreuse quasi-statique T_g : T_g/T_K = 1,30 ± 0,11.

Au plan expérimental, des verres plus denses que les verres ordinaires peuvent être obtenus en maintenant des verres à une température inférieure à T_g, mais cette densification est extrêmement lente, d'autant plus lente que la température est plus basse. En 2007, des verres jusqu'à 1,5 % plus denses que les verres ordinaires sont obtenus directement par déposition de vapeur sur un substrat froid. Ces verres sont aussi beaucoup plus stables^[5]. À basse température (T ≈ 1 K) leur capacité thermique est proportionnelle à T³ comme celle des solides cristallins non métalliques (signe du rôle essentiel que jouent les phonons), alors que celle des verres ordinaires montre une dépendance linéaire (due à un effet tunnel entre des configurations de même énergie)^[6].

Applications

S'il peut un jour être obtenu, le verre parfait devrait être utilisé dans les interféromètres géants pour limiter la dissipation d'énergie et dans les ordinateurs quantiques pour supprimer les perturbations nuisant à la cohérence quantique^[7].

Notes et références

Notes

1. Comme pour les gaz, l'adjectif parfait est plus commun en français qu'idéal, alors que c'est le contraire en anglais (ideal plus commun que perfect).

Références

1. (en) Walter Kauzmann, « The Nature of the Glassy State and the Behavior of Liquids at Low Temperatures », Chemical Reviews, vol. 43, n^o 2,‎ 1^er octobre 1948, p. 219-256 (DOI 10.1021/cr60135a002).
2. (en) Julian H. Gibbs et Edmund A. DiMarzio, « Nature of the Glass Transition and the Glassy State », Journal of Chemical Physics, vol. 28,‎ 1958, p. 373- (DOI 10.1063/1.1744141).
3. (en) Edmund A. DiMarzio et Julian H. Gibbs, « Chain Stiffness and the Lattice Theory of Polymer Phases », Journal of Chemical Physics, vol. 28,‎ 1958, p. 807- (DOI 10.1063/1.1744275).
4. (en) Gerold Adam et Julian H. Gibbs, « On the Temperature Dependence of Cooperative Relaxation Properties in Glass‐Forming Liquids », Journal of Chemical Physics, vol. 43,‎ 1965, p. 139- (DOI 10.1063/1.1696442).
5. (en) Stephen F. Swallen, Kenneth L. Kearns, Marie K. Mapes, Yong Seol Kim, Robert J. McMahon et al., « Organic Glasses with Exceptional Thermodynamic and Kinetic Stability », Science, vol. 315, n^o 5810,‎ 19 janvier 2007, p. 353-356 (DOI 10.1126/science.1135795).
6. (en) Tomás Pérez-Castañeda, Cristian Rodríguez-Tinoco, Javier Rodríguez-Viejo et Miguel A. Ramos, « Suppression of tunneling two-level systems in ultrastable glasses of indomethacin », PNAS, vol. 111, n^o 31,‎ 7 juillet 2014, p. 11275-11280 (DOI 10.1073/pnas.1405545111).
7. Berthier et Scaillet (2022).

Voir aussi

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Ludovic Berthier, Misaki Ozawa et Camille Scalliet, « Configurational entropy of glass-forming liquids », The Journal of Chemical Physics, vol. 150, n^o 16,‎ 24 avril 2019, article n^o 160902 (DOI 10.1063/1.5091961, lire en ligne , consulté le 10 avril 2022)
• Ludovic Berthier et Camille Scalliet, « À la recherche du verre idéal », Pour la science, n^o 534,‎ avril 2022, p. 64-71 (présentation en ligne). 
• « Articles scientifiques traitant de verre parfait ou de verre idéal », sur Google Scholar (consulté le 11 avril 2022)
• (en) « Articles scientifiques traitant d'ideal gas ou de perfect glass », sur Google Scholar (consulté le 11 avril 2022)

Articles connexes

• Verre
• Transition vitreuse