Service de Physique de l'Etat Condensé

Lorsqu’ils sont progressivement refroidis, certains liquides ne cristallisent pas : ils restent dans un état de liquide surfondu  et, si le refroidissement est poursuivi, ils connaissent une transition vitreuse à une température en dessous de laquelle ils ne coulent plus. Que se passe-t-il à cette transition ? Cette question ouverte depuis de nombreuses années n’est toujours pas résolue. Elle s’inscrit dans la physique statistique des « systèmes complexes désordonnés » qui concerne les verres, les polymères, les céramiques, les colloides, les gels, etc.

Un système vitreux est un solide, alors que sa structure se rapproche de celle des liquides. Ce paradoxe recouvre une question essentielle qui fait l’objet de nombreuses recherches théoriques et expérimentales : les verres sont-ils des liquides évoluant sur des temps de plus en plus longs lorsque l’on baisse leur température, ou bien y a-t-il transition de phase thermodynamique sous-jacente ? Dans le second cas la théorie prévoit que des corrélations spatio-temporelles entre les molécules se développent à l’approche de la transition vitreuse. Les expériences devraient donc mettre en évidence une longueur de corrélation dépendant de la température.

La thèse (le stage) proposée abordera l’étude expérimentale d’une telle longueur de corrélation dans certains matériaux désordonnés appelés verres moléculaires. Le principe des expériences consiste à mesurer leur susceptibilité diélectrique complexe lors d’une diminution de température qui les fait passer de l’état liquide (vers 300K) à l’état solide (vers 200K). Des travaux théoriques récents ont montré, en utilisant le théorème fluctuation-dissipation, que la dépendance en champ électrique et en fréquence de la susceptibilité diélectrique était liée à la longueur de corrélation. Une expérience originale visant à réaliser de telles mesures (susceptibilité linéaire et non-linéaire) a été mise au point au laboratoire. Les échantillons seront préparés sur place en utilisant des techniques de couches minces, et mesurés avec cette expérience. Celle-ci sera améliorée sur des points cruciaux (maîtrise des champs forts pour étudier des matériaux nouveaux).