fr.wedoany.com Rapport : Une équipe internationale dirigée par le laboratoire national des accélérateurs SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) du département de l'Énergie des États-Unis a accidentellement synthétisé un composé solide composé d'atomes d'or et d'hydrogène — l'hydrure d'or — lors d'expériences à haute pression et haute température. C'est la première fois que des scientifiques créent cette substance, et les résultats ont été publiés dans la revue « Angewandte Chemie International Edition ».
Cette découverte découle d'une étude sur le mécanisme de formation du diamant. Lors de l'expérience, les chercheurs cherchaient initialement à déterminer le temps nécessaire à la formation de diamants à partir d'hydrocarbures dans des conditions extrêmes de haute température et haute pression. Pour ce faire, ils ont comprimé des échantillons d'hydrocarbures dans une enclume de diamant, à une pression supérieure à celle régnant dans le manteau terrestre, puis les ont chauffés à plus de 1900 degrés Celsius à l'aide d'impulsions répétées de rayons X provenant de l'installation européenne de laser à électrons libres à rayons X (European XFEL) en Allemagne. La feuille d'or présente dans l'échantillon était initialement utilisée comme absorbeur de rayons X pour aider à chauffer les hydrocarbures, qui absorbent très faiblement le rayonnement. L'expérience a enregistré le résultat attendu de la formation d'une structure de diamant à partir d'atomes de carbone, mais les scientifiques ont également découvert de manière inattendue un signal de réaction entre l'hydrogène et l'or, produisant de l'hydrure d'or.
Ce résultat est remarquable car l'or est chimiquement connu pour sa faible réactivité. Mungo Frost, scientifique du SLAC qui a dirigé l'étude, a déclaré que le résultat était inattendu, car l'or est généralement « monotone » et inerte sur le plan chimique. Les chercheurs estiment que la pression et la température extrêmes pourraient modifier le comportement des matériaux connus, ouvrant ainsi la voie à des réactions chimiques qui ne se produiraient pas dans des conditions normales. Les résultats de l'étude aident à montrer comment les règles de la chimie peuvent changer dans des environnements extrêmes, comme ceux des planètes.
Au cours de l'expérience, l'hydrogène est entré dans un état superionique. Dans cet état dense, les atomes d'hydrogène se déplacent librement à l'intérieur de la structure atomique rigide de l'or. Ce comportement a augmenté la conductivité électrique de l'hydrure d'or et a permis aux scientifiques d'observer des changements dans la manière dont la structure cristalline de l'or diffuse les rayons X. Comme l'hydrogène est difficile à étudier directement par rayons X, l'équipe a utilisé la structure cristalline de l'or comme « témoin » du comportement de l'hydrogène, permettant ainsi d'observer le comportement de l'hydrogène à l'intérieur du matériau.
Ce composé ne peut exister que dans des conditions extrêmes ; une fois l'échantillon refroidi, l'or et l'hydrogène se séparent à nouveau. L'équipe de recherche indique que l'hydrure d'or offre une nouvelle méthode pour étudier en laboratoire l'hydrogène atomique dense, qui est associé à des environnements inaccessibles directement dans les expériences ordinaires, comme l'intérieur de certaines planètes. Cette étude pourrait également fournir des informations sur les processus de fusion nucléaire dans des étoiles comme le Soleil, et pourrait potentiellement aider les recherches liées au développement de technologies de fusion sur Terre. Les simulations de l'équipe montrent également que, sous une pression encore plus élevée, la structure cristalline de l'or pourrait accueillir davantage d'hydrogène.
Outre la découverte de l'hydrure d'or, cette étude démontre également une voie pour étudier de nouvelles chimies dans des environnements extrêmes. Siegfried Glenzer, responsable de la division haute densité d'énergie du SLAC et professeur de science photonique, a déclaré que produire et simuler ces états est très important pour l'étude de matériaux exotiques, et que les outils de simulation utilisés dans l'étude peuvent également être appliqués à l'étude des propriétés d'autres matériaux dans des conditions extrêmes. L'équipe de recherche comprend des chercheurs du SLAC, de l'Université de Rostock (Universität Rostock), du synchrotron à électrons allemand (DESY), de l'European XFEL, du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), de l'Université de Francfort (Universität Frankfurt), de l'Université de Bayreuth (Universität Bayreuth), de l'Université d'Édimbourg (University of Edinburgh), de l'Institut Carnegie pour la science (Carnegie Institution for Science), de l'Université Stanford (Stanford University) et de l'Institut Stanford pour les matériaux et les sciences de l'énergie (SIMES). Une partie des travaux a été financée par le Bureau des sciences du département de l'Énergie des États-Unis.
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