Des chercheurs de l’Institut indien d’enseignement et de recherche scientifiques (IISER) de Pune et du CSIR-National Chemical Laboratory (NCL) de Pune ont montré que la déformation macroscopique des solides amorphes est contrôlée par des défauts structurels au sein du matériau.
Cet effort conjoint, dirigé par le Dr Vijayakumar Chikkadi de l’IISER Pune et le Dr Sarika Bhattacharyya du CSIR-NCL de Pune, combine des études expérimentales sur les verres colloïdaux (systèmes modèles pour solides amorphes) avec un cadre théorique basé sur le paramètre d’ordre structurel.
Publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, les constatations répondre à une question de longue date en science des matériaux et en physique de la matière condensée.
Tous les matériaux se déforment lorsque des contraintes externes sont appliquées. En 1934, GI Taylor, M. Polanyi et E. Orowan expliquèrent indépendamment que la déformation macroscopique provenait de la dynamique des défauts au sein du matériau. Dans les solides cristallins, l’identification de ces défauts est relativement simple en raison des distorsions du réseau.
Cependant, dans les solides amorphes, l’absence d’ordre à longue distance rend la détection de régions semblables à des défauts beaucoup plus difficile. Bien que plusieurs approches aient été proposées pour identifier les régions molles ressemblant à des défauts dans les solides désordonnés, l’observation directe dans des systèmes expérimentaux s’est avérée difficile.
Pour résoudre ce problème, Ratimanasee Sahu et le Dr Vijayakumar Chikkadi de IISER Pune ont mené des expériences en utilisant des suspensions colloïdales denses, qui servent de modèles de solides amorphes. En suivant le mouvement de près de 100 000 particules colloïdales individuelles en trois dimensions au fil du temps, à l’aide de techniques de microscopie avancées, ils ont obtenu un accès sans précédent à des informations microscopiques difficiles à acquérir dans les systèmes atomiques.
Ces études ont exploité le paramètre d’ordre structurel développé par Mohit Sharma et le Dr Sarika Bhattacharyya au CSIR-NCL, Pune, pour quantifier les régions molles et dures dans les suspensions amorphes, conduisant à l’identification de défauts structurels.
« Un avantage clé de ce paramètre d’ordre, développé à partir d’une théorie microscopique détaillée, est son applicabilité pratique dans des contextes expérimentaux, le rendant plus accessible par rapport à d’autres quantités théoriques », a déclaré le Dr Sarika Bhattacharyya.
Pour la première fois, l’équipe a démontré expérimentalement que la déformation macroscopique des verres colloïdaux provient de déformations localisées, qui se produisent préférentiellement dans les régions contenant des défauts structurels lorsqu’elles sont soumises à des contraintes externes.
« Cette avancée approfondit considérablement notre compréhension de la façon dont les défauts affectent les propriétés mécaniques des solides désordonnés. Elle ouvre également la voie au développement de modèles rhéologiques améliorés basés sur des aspects structurels applicables à un large éventail de matériaux, y compris les matières molles telles que les matériaux granulaires et les émulsions. , ainsi que des verres métalliques », a déclaré le Dr Vijaykumar Chikkadi en parlant des perspectives futures de ce travail.
Plus d’informations :
Ratimanasee Sahu et al, Origine structurelle de la relaxation dans les suspensions colloïdales denses, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2405515121