The use of ultrafast processes to synthesize alloy nanoparticles far from thermodynamic equilibrium is subject to phase transformations that keep particles at a given temperature for periods of time that are usually long with respect to the process pulse durations. Reaching non-equilibrium conditions is then not straightforwardly associated with this process, as fast as it can be, but rather with heat transfer mechanisms during phase transformations. This latter aspect is dependent on nanoparticle size. Furthermore, other important phenomena such as chemical ordering are essential to explain the final structure adopted by an alloy nanoparticle. In this work, specific attention is paid to suspensions submitted to either electrical discharges or to ultrashort laser excitations. After discussing the thermodynamic considerations that give the frame beyond which non-equilibrium alloys form, a description of the heating processes at stake is provided. This leads to the maximum temperature reached for particles with nanometric sizes and specific conditions to fulfil practically during the quenching step. The way that solidification must be processed for this purpose is discussed next. The example of the Cu–Ag system is finally considered to illustrate the advantage of better controlling processes that are currently used to create homogeneously alloyed nanoparticles made of immiscible elements, but also to show the actual limitations of these approaches.
超高速プロセスを用いた熱力学的平衡から遠く離れた合金ナノ粒子の合成は、プロセスのパルス持続時間に比べて通常長い時間、粒子を所定の温度に保つ相変態の影響を受ける。非平衡状態への到達は、このプロセスにおいて、可能な限り速いという観点から直接的に結びつくものではなく、むしろ相変態中の熱伝達メカニズムと関連する。この後者の側面はナノ粒子のサイズに依存する。さらに、化学的秩序化などの他の重要な現象が、合金ナノ粒子が最終的に採用する構造を説明するために不可欠である。本研究では、放電または超短パルスレーザー励起のいずれかに供される懸濁液に特に注目する。非平衡合金が形成される枠組みを与える熱力学的考察を論じた後、問題となる加熱プロセスの説明を行う。これにより、ナノメートルサイズの粒子が到達する最高温度と、急冷ステップ中に実際に満たすべき特定の条件が導かれる。この目的のために凝固がどのように処理されなければならないかについて、次に議論する。最後に、Cu–Ag系の例を用いて、不混和元素から作られる均一に合金化されたナノ粒子を現在作製するために使用されるプロセスをより良く制御することの利点と、これらのアプローチの実際の限界を示す。