Comment les défauts peuvent influencer les tailles de croisement

2 septembre 2026

Les morphologies des nanoparticules d’argent sont identifiées jusqu’à 4 nm via des modèles ab initio, incluant des défauts originaux et des motifs complexes, puis comparées à des mesures à taille ciblée. Les transitions structurales sont prédites avec précision pour résoudre la rivalité morphologique entre les symétries clés. La base de données fournie permettra d’entraîner des approches d’apprentissage machine afin d’étudier des tailles plus importantes.

Chaque atome compte à l’échelle nanométrique. En effet, il est primordial d’atteindre un haut degré de contrôle de la morphologie des nanoparticules (NP) afin de concevoir des structures bien définies et d’optimiser leurs propriétés. Récemment, les protocoles de synthèse des NPs métalliques et les techniques de caractérisation avancées ont grandement progressé. Cependant, l’identification des morphologies compétitives à cette échelle reste un défi. À ce jour, la communauté scientifique est contrainte de travailler autour d’une taille spécifique, avec une incertitude trop grande (±10 à 20 atomes), outre les difficultés telles que le piégeage cinétique. Ceci constitue un frein à la détermination morphologique, d’autant plus lorsque la compétition est serrée.

Les NPs d’argent sont un exemple révélateur puisque de nombreux efforts visant à identifier les structures compétitives ont été déployés, sans réussir à établir la relation entre taille et structure. Dans ce contexte, le groupe de Palmer a observé une concurrence serrée entre des symétries clés, à taille ciblée inférieure à 3 nm [1]. Ce travail est resté sans interprétation jusqu’à ce jour. Pour résoudre cette question, nous avons mené une étude morphologique exhaustive, sur la base de modèles ab initio incluant des défauts. Une interprétation des mesures expérimentales est proposée pour la première fois.

Dans ce travail, nous montrons que les défauts sont incontournables. Dans la plage 2-4 nm, on observe une concurrence serrée entre les NPs octaédriques (présentant des défauts) et décaédriques (régulières et irrégulières), qui dominent les icosaèdres en nombre, mais pas en stabilité (en dessous de 4,5 nm). Les diagrammes de transition sont très complexes, avec des inversions successives de stabilité à des tailles pouvant différer d’un atome. Par conséquent, il est illusoire de penser que les transitions morphologiques sont prédictibles sans une grande précision énergétique.

Cette étude alerte la communauté scientifique sur l’importance de la précision pour de tels systèmes, dans lesquels chaque atome compte et où les défauts sont incontournables. Cela impacte directement le développement de potentiels par apprentissage machine. Cette base de données sera utile pour d’autres métaux.

[1] D. M. Foster, Production and characterisation by scanning transmission electron microscopy of size-selected noble metal nanoclusters, University of Birmingham. Ph.D., 2017.

Contact :
Nathalie Tarrat | nathalie.tarrat[chez]cemes.fr

Publication :
The Fierce Morphological Battle of Silver Nanoparticles: How Irregularities, Vacancies and Defects Tip the Crossing Sizes
N. Tarrat and D. Loffreda
Small (2026) : e75018
DOI : https://doi.org/10.1002/smll.75018