Ce travail de recherche aura certainement de grandes répercussions sur la science des matériaux.
Alexandre Tkatchenko, professeur de science des matériaux, a publié un article de recherche dans Science, l'une des revues multidisciplinaires les plus reconnues à l'échelle internationale.
Intitulé «Wavelike charge density fluctuations and van der Waals interactions at the nanoscale», l'article traite des forces d'attraction omniprésentes entre les molécules et les matières, dites « forces de van der Waals ». De nombreuses propriétés des matériaux dépendent fortement de l'intensité de ces forces. Par exemple, de nombreux médicaments sont efficaces car leurs molécules se lient dans nos cellules grâce à la force sélective de van der Waals.
Une équipe de chercheurs dirigée Alexandre Tkatchenko, professeur de physique de la matière condensée à la Faculté des Sciences, de la Technologie et de la Communication, a découvert que la nature véritable de ces forces n'est pas celle admise par la pensée scientifique conventionnelle dans le domaine de la chimie et de la biologie. Les scientifiques ont en effet réussi à montrer que ces interactions doivent plutôt être considérées comme le couplage d’ondes et non comme l'attraction mutuelle entre particules.
Impact sur la science des matériaux
« Pour faire simple, vous pouvez vous représenter deux chaînes d'atomes dans lesquelles vous pouvez identifier des points qui s'attirent les uns les autres. En général, on calcule la force de van der Waals en additionnant simplement toutes ces paires », explique Alexandre Tkatchenko. « Cependant, nous avons démontré qu'à des distances réalistes entre les matériaux nanométriques, ce raisonnement n'est pas correct et qu'au lieu de considérer ces points comme des particules, il faut les voir comme des ondes. Cette découverte bouleverse la conception que nous avions de ces interactions. »
Ce travail de recherche aura certainement de grandes répercussions sur la science des matériaux. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont réussi à changer les propriétés des matériaux existants en intégrant des nanomatériaux ; ils ont par exemple amélioré la réaction à la contrainte ou ont introduit de nouvelles caractéristiques de conductivité des composites à matrices polymères.
Des explications clés sur les forces à l’œuvre à l'échelle nanométrique
« Pour comprendre toutes les propriétés de ces nanocomposites, nous devons d'abord comprendre comment ils s'auto-assemblent à l'échelle nanométrique. L'assemblage de ces matériaux s'effectue principalement grâce aux liaisons de van der Waals », explique le professeur Tkatchenko. Les forces de van der Waals étant essentielles dans de nombreuses applications industrielles telles que la production de nanocomposites.
« Cette étude fournit des explications clés sur les forces à l’œuvre à l'échelle nanométrique, ce qui pourra conduire à une meilleure connaissance des nanomatériaux. Des domaines spécifiques de la fabrication de nano-additifs et de la nanotoxicologie mais aussi de l’ingénierie des particules nanométriques pourraient tirer profit de ce travail innovant », souligne le professeur Jens Kreisel, directeur du département « Materials Research and Technology » au LIST (Luxembourg Institute of Science and Technology).
Auteur: Université du Luxembourg
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Cette publication représente une belle récompense pour le physicien : « C'est l'heureux aboutissement de dix ans de travail. Le taux d'acceptation des articles par la revue Science tourne autour des sept pour cent seulement, donc je suis particulièrement fier de faire partie de cette aventure », se félicite Alexandre Tkatchenko. Pour la première fois, un chercheur de l'Université du Luxembourg est l'auteur principal d'un article publié dans Science. Cet article est le résultat d'une collaboration internationale et pluridisciplinaire entre quatre instituts de recherche (Fritz Haber Institute, University of Padova, Cornell University, Université du Luxembourg).
