Phase de Gardner

Les verres à basse température affichent toutes sortes d’anomalies : chaleur spécifique et conductivité thermique anormales ; surabondances de modes de vibration localisés ; réponse plastique et irréversible à des amplitudes de contraintes arbitrairement petites.

Une fois le liquide piégé dans un verre particulier, on pourrait imaginer que les propriétés de transport résulteraient, tout comme dans un cristal, des vibrations des particules autour de leurs positions moyennes, celles-ci définissant un réseau sous jacent. Dans le cas du verre, ce dernier est désordonné et on s’attend certes à des différences importantes entre les propriété de transport du crystal et du verre. Cependant, de ce point de vue, un verre ne serait finalement pas beaucoup plus compliqué qu’un cristal désordonné. Mais, cette vision ne rend absolument pas compte des anomalies observées.

Des travaux théoriques très récents ont montré que ces anomalies peuvent se comprendre comme la rémanence d’une nouvelle transition de phase - la transition de Gardner, qui distingue deux types de solides amorphes : le verre simple mécaniquement stable et le verre marginalement stable. Des simulations numériques en dimension finie ont confirmé l’existence de cette transition et montré qu’elle est associée à une organisation hétérogène des vibrations des particules au sein des cages formées par leurs voisines.

C’est en s’appuyant sur cette image de cages, que nous avons obtenus en collaboration avec Antoine Seguin (Laboratoire FAST) la première confirmation expérimentale de l’existence de la phase de Gardner dans un verre granulaire. Nous ont suivi les trajectoires individuelles des particules composant un milieux granulaires vibré. Dans un premier temps, par compression adiabatique, nous avons formé un verre granulaire au sein duquel chaque particule vibre dans une cage formée par ses voisines. Ensuite, nous avons démontré qu’il existe une densité au delà de laquelle les cages se divisent en plusieurs « sous cages » définies par les particules voisines avec lesquelles les collisions se produisent le plus. Le minimum local d’énergie libre correspondant au verre se fragmente en une pléthore de minima au fur et à mesure que la densité augmente. Aucune barrière significative ne les séparant, tout ces minimas sont marginalement stables, d’où les propriétés anormales des verres dans la phase de Gardner
Seguin, A., & Dauchot, O. (2016). Experimental Evidence of the Gardner Phase in a Granular Glass. Prl, 117(22), 228001–5.