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Résumé:

La compréhension du mécanisme de la formation du verre est l'un des importants problèmes ouverts en recherche sur la matière condensée. De nombreuses questions restent sans réponse, en raison d'une énorme augmentation des temps de relaxation pendant le processus de refroidissement qui ne permet pas l'exploration des propriétés d'équilibre des liquides surfondus à très basses températures. Les simulations numériques des liquides surfondus sont actuellement en mesure d'atteindre l'équilibre à des températures comparables à la température du crossover de la théorie de couplages de modes, qui est bien supérieure à la température de transition vitreuse expérimentale. En conséquence, les simulations plus lentes que les expériences pour équilibrer un liquide surfondu par un facteur d'environ huit ordres de grandeur. Les progrès réalisés pour combler cet écart ont été lents et résultent essentiellement d'améliorations de l'architecture des ordinateurs. Dans cette thèse, nous résolvons en partie le problème de la thermalisation à basse température de liquides surfondus dans des simulations numériques. Nous combinons l'utilisation d'un algorithme Monte Carlo, connu sous le nom d'algorithme de swap, avec la conception de nouveaux modèles de formateurs de verre. Nous examinons systématiquement des nombreux systèmes, à la fois des mélanges discrets de particules, ainsi que des systèmes a polydispersité continue. Nous discutons le rôle que la polydispersité et la forme du potentiel entre particules jouent pour éviter la cristallisation et parvenir efficacement à des régimes de température inexplorés. De plus, nous étudions les processus dynamiques à l’œuvre pendant une simulation de swap Monte Carlo. Nous démontrons que, dans certains cas, notre technique permet de produire des configurations équilibrées à des températures inaccessibles même dans des expériences. Dans ce régime de température complètement nouveau, nous examinons plusieurs questions ouvertes concernant la physique de la transition vitreuse. Nous montrons qu'un fluide de sphères dures peut être équilibré jusqu'à la densité critique du jamming, et même au-delà. Nous mesurons l'entropie configurationelle dans un liquide refroidi à très basse température. Nous mettons en évidence une forte dépendance dimensionnelle, qui suggère l'existence d'une transition vitreuse idéale à une température finie en trois dimensions et à son absence en deux dimensions. Nous détectons l'augmentation de l'ordre amorphe quantifié par une longueur statique point-to-set pendant la formation du verre. Nous mesurons les exposants critiques introduits dans la théorie de champ moyen des verres beaucoup plus proche de la température critique prédite dans la théorie. Enfin, nous révélons l'absence de transition géométrique caractérisant le paysage d’énergie potentiel au travers de la température du crossover de la théorie de couplages de modes.Les modèles et les algorithmes développés dans cette thèse déplacent les études des liquides surfoundus vers un territoire entièrement nouveau, en réduisant l'écart entre la théorie et les expériences, ce qui nous amène plus proche de la solution du problème de la transition vitreuse.