vignette|Illustration d'un Buckminsterfullerène qui est un cluster d'atomes Cet article traite des clusters du point de vue de la physique des matériaux ; pour la chimie des clusters, se reporter à l'article Agrégat atomique.
En physique, le mot anglais cluster est utilisé pour désigner des agrégats : soit d'atomes pouvant contenir entre 3 et et liés chimiquement entre eux, soit d'électrons pouvant en contenir entre 10 et 10 dans un volume de l'ordre d'une moléculeLehn H. Point zéro : espoir infini ou zéro espoir. Interview France Bleu, 25 octobre 2005.. Cependant ces limites peuvent varier, parfois les agrégats de deux atomes sont inclus et parfois le nombre d'atomes limite est 10 atomes.
Intérêt des clusters
Les propriétés des atomes et des solides macroscopiques sont aujourd'hui bien connues dans de nombreux domaines. Mais il peut être intéressant d'observer l'évolution de ces propriétés en fonction du nombre d'atomes pour des structures de taille intermédiaire. C'est une manière de faire le lien entre les connaissances à petite et grande échelle.
D'autre part, certaines propriétés d'un solide dépendent fortement de la taille, à l'échelle des clusters. Il est donc possible de rechercher une taille qui donne des propriétés recherchées ou intéressantes. Par exemple, la température de fusion de clusters de composition chimique donnée diminue quand la taille diminueS. L. Lai, J.Y. Guo, V. Petrova, G. Ramanath, and L.H. Ailen, Phys. Rev. Lett. 77, 99 (1996) généralement.
Le rôle des clusters d'électrons dans les réactions de fusion non thermonucléaire a été étudié par Michel RambautRambaut M. Electron clusters and nuclear fusion. Annales de la Fondation Louis de Broglie 2004 ; 29 : 1131-47..
Fabrication de clusters
Formation en phase gazeuse Expansion adiabatique
Le principe est de vaporiser un solide dans une chambre munie d'un petit trou de sortie vers une autre chambre ou la pression est plus faible. Un flux d'atomes a grande vitesse passe dans le trou, du fait de la différence de pression ils subissent une détente adiabatique, donc un refroidissement, ce qui cause la condensation en cluster. Le fait que les atomes aient des vitesses proches dans le flux participe aussi à la formation d'agrégats.
Une variante de cette méthode consiste à utiliser un gaz noble dans le réservoir pour augmenter le refroidissement.
Vaporisation laser
Croissance sur une surface
Dans ce cas, on évapore des atomes de l'élément souhaité vers une surface qui formera le substrat de base. Dès lors, la taille, la structure et l'organisation des clusters vont en général dépendre de différents facteurs:
La température de déposition l'intensité du flux d'évaporation des atomes La diffusion des atomes adsorbés (nommés souvent adatoms) en surface La diffusion en bord d'îlot
Autres méthodes
Notes et références
Articles connexes Nanomatériaux Nanotechnologie Nanoparticule Agrégat atomique
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