Les métaux deviennent semblables à des molécules à l'échelle atomique, révèlent les scientifiques des matériaux

L'une des caractéristiques déterminantes des métaux est la façon dont ils sont maintenus ensemble. Essentiellement, un réseau d'ions métalliques se trouve dans une mer d'électrons délocalisés et cela agit comme une sorte de colle qui lie la structure ensemble.

Ces liaisons métalliques sont totalement différentes des liaisons covalentes qui maintiennent les molécules ensemble. Pour commencer, les liaisons métalliques sont un phénomène collectif qui se produit en raison du comportement global des ions métalliques et des électrons délocalisés.

De plus, les liaisons métalliques n'ont pas de direction privilégiée. C'est pratique car cela rend les structures métalliques stables tout en permettant également d'ajouter ou de retirer facilement des atomes.

En revanche, une liaison covalente se forme entre deux atomes et est hautement directionnelle. Ces liaisons constituent le squelette qui maintient les molécules ensemble et permet la création de structures très complexes, telles que les buckyballs et les protéines.

Mais qu'en est-il de la liaison qui maintient ensemble la structure métallique la plus simple imaginable – deux atomes métalliques formant un pont ? Aujourd'hui, Harsh Deep Chopra et ses amis de l'Université d'État de New York à Buffalo disent avoir caractérisé la nature de ce lien à température ambiante pour la première fois.

Leur découverte étonnante est que la liaison entre deux atomes métalliques devient moléculaire dans ces situations – en d'autres termes, elle est beaucoup plus forte et hautement directionnelle. Et ils disent que cette découverte a des implications importantes pour la conception et la construction de futurs appareils de taille atomique.

Leur expérience est simple en principe. Ils ont amené la pointe d'un microscope à force atomique juste assez près d'une surface en or pour créer un pont à un seul atome. Ils ont ensuite retiré la pointe pour mesurer la force nécessaire pour briser le pont.

Les résultats sont surprenants. La force requise pour rompre les liaisons entre les atomes d'or dans un métal en vrac est d'environ 0,5 nanonewtons. Mais lorsque deux atomes d'or sont isolés dans un pont, il faut environ 2 nanonewtons pour faire le même travail. C'est ou quatre fois la force, qui doit être appliquée dans une direction spécifique. (Ils ont obtenu des résultats similaires avec l'argent.)

Ainsi, les liaisons entre les atomes métalliques dans un dispositif à l'échelle atomique sont à la fois directionnelles et nettement plus fortes que celles du matériau en vrac. En d'autres termes, les liaisons deviennent de type moléculaire à cette échelle.

Cela pourrait avoir des implications importantes sur la façon dont les dispositifs à l'échelle atomique sont conçus et construits. Les liaisons directionnelles offrent une stabilité de configuration élevée aux dispositifs métalliques de taille atomique, selon Chopra and co.

De plus, ces appareils sont moins susceptibles de souffrir des complications liées aux interfaces métalliques en vrac qui peuvent finir par se lier à toutes sortes de détritus indésirables. Cela ne peut tout simplement pas arriver avec les obligations directionnelles.

Bien entendu, ces liaisons métalliques perdent rapidement leur caractère directionnel lorsque davantage d'atomes métalliques sont ajoutés. Une question intéressante est donc de savoir dans quelle mesure ce phénomène peut être exploité pour créer des structures de type moléculaire. C'est un problème pour les travaux futurs.

Mais avec la tendance à la miniaturisation de la microélectronique s'approchant maintenant du niveau atomique, une meilleure compréhension de la façon dont les dispositifs à l'échelle atomique sont maintenus ensemble ne fera sûrement pas de mal.

Réf : http://arxiv.org/abs/1305.5582 : Les liaisons métalliques deviennent moléculaires dans les appareils de taille atomique

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