Les scientifiques sont émerveillés par la matière mystérieuse tombée sur Terre, révélant le secret de la façon dont la chaleur se déplace dans l'univers.

DNVN - Ce matériau n'est ni complètement cristallin ni complètement en verre, mais existe sous une forme hybride, conduisant la chaleur d'une manière sans précédent : en maintenant le même état lorsque la température augmente ou diminue.

L'importance de la conduction thermique dans la technologie moderne

En science des matériaux, les cristaux et les verres, qui traitent la chaleur de manière opposée, sont à la base de nombreuses technologies contemporaines. De la miniaturisation de l'électronique à l'amélioration de l'efficacité de la récupération de chaleur perdue en énergie, en passant par la prolongation de la durée de vie des boucliers thermiques aérospatiaux, tout repose sur la compréhension de l'influence de l'arrangement atomique sur le transfert de chaleur.

Selon Michele Simoncelli, professeur adjoint à l’Université Columbia Engineering, l’équipe de recherche a abordé le problème à partir de la mécanique quantique et a appliqué l’intelligence artificielle pour résoudre avec précision les équations sous-jacentes.

Découvertes de météorites et de Mars

Dans un article publié le 11 juillet dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Simoncelli et ses collègues Nicola Marzari (EPFL Lausanne) et Francesco Mauri (Université La Sapienza de Rome) ont prédit l'existence d'un matériau hybride entre un cristal et un verre. Cette prédiction a ensuite été confirmée par une équipe de l'Université de la Sorbonne (France).

L'augmentation du désordre dans la structure atomique d'un matériau affecte sa conductivité thermique macroscopique, une propriété importante pour les technologies de gestion thermique. Les matériaux étudiés comprennent la tridymite météoritique cristalline (à gauche), une phase tridymite avec un ordre de liaison cristallin et une géométrie de liaison amorphe (au centre), et un verre de silice complètement amorphe (à droite). Le rouge représente l'oxygène (O), le bleu le silicium (Si) et les arrangements tétraédriques SiO4 courants sont surlignés en bleu. Crédit : Laboratoire Simoncelli.

Ce matériau unique a été découvert dans des météorites et même sur Mars. Son mécanisme de transfert de chaleur inhabituel ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux capables de résister à des différences de température extrêmes et fournit des indices importants sur l'histoire thermique des planètes.

La silice météoritique et la constante thermique rare

Sur la base de prévisions de 2019, l'équipe a déterminé qu'une forme particulière de dioxyde de silicium appelée « tridymite », décrite pour la première fois dans les années 1960, était le matériau hybride. L'échantillon a été extrait d'une météorite tombée à Steinbach, en Allemagne, en 1724 et a été étudié avec l'autorisation du Muséum d'histoire naturelle de Paris.

Les résultats ont montré que la tridymite météoritique possède une structure atomique intermédiaire entre un cristal ordonné et un verre amorphe. Fait remarquable, sa conductivité thermique reste constante entre 80 K et 380 K – une rareté dans l'univers des matériaux.

Applications potentielles dans l'industrie sidérurgique

Au-delà de son intérêt scientifique, cette découverte ouvre également des perspectives pratiques. L'équipe prédit que la tridymite pourrait se former lors de décennies de vieillissement thermique dans les briques réfractaires des fours sidérurgiques. Sachant qu'un kg d'acier produit émet 1,3 kg de CO₂, et que près d'un milliard de tonnes d'acier produites chaque année représentent environ 7 % des émissions de carbone aux États-Unis, ce nouveau matériau pourrait contribuer à une meilleure régulation thermique, réduisant ainsi les émissions de l'industrie sidérurgique.

L'IA, la mécanique quantique et l'avenir du contrôle de la chaleur

Simoncelli explique que son équipe a utilisé l'apprentissage automatique pour surmonter les limites informatiques des méthodes traditionnelles, simulant le transfert de chaleur avec une précision quantique. Ces mécanismes non seulement éclairent le mystère du transfert de chaleur dans les matériaux hybrides, mais ouvrent également la voie à de nouvelles technologies telles que les dispositifs thermoélectriques portables, l'informatique neuromorphique et la spintronique.

« Ce n'est qu'un début. Ce matériau remet non seulement en question la théorie actuelle, mais ouvre également la voie à de nombreux secteurs industriels en matière de contrôle thermique », a souligné Simoncelli.

La Khe (selon SciTechDaily)

Source : https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/gioi-khoa-hoc-sung-sot-truoc-loai-vat-chat-ky-bi-roi-xuong-trai-dat-he-lo-bi-mat-ve-cach-nhet-di-chuyen-trong-vu-tru/20250816083300815