Sur une plaque de silicium lisse, les nanocubes d'or se comportent comme une foule sur une patinoire : d'abord, des silhouettes isolées glissent au hasard sur la glace, puis, en une minute, elles se rassemblent en un tapis uniforme. Entre les cubes reste un espace de deux nanomètres, à peu près comme la paume entre deux voisins dans une file d'attente. Ce tapis n'est pas plus épais qu'un seul cube, et cet assemblage est appelé monocouche. Mais il suffit de remplacer le support par du verre borosilicaté, dont la rugosité ne dépasse celle du silicium que de 0,09 nanomètre, soit moins que le diamètre d'un atome d'or, pour que le tableau change : les cubes commencent à s'empiler les uns sur les autres, formant des îlots hauts de quatre étages.
L'explication réside dans des aides invisibles : les micelles de tensioactif. Ces petites sphères molles, semblables à des bulles de savon minuscules, circulent entre les cubes et ne peuvent pas s'en approcher de trop près. Autour de chaque cube demeure une zone interdite, où les micelles n'ont pas accès. Quand deux cubes se rapprochent, leurs zones interdites se recouvrent, et les micelles, privées d'une partie de l'espace, se mettent à pousser les cubes l'un vers l'autre. Ce sont les forces de déplétion : une attraction née de l'expulsion de petites particules hors des interstices étroits.
Pourquoi la rugosité influence-t-elle autant les forces de déplétion ? Une surface lisse est comme un sol bien plat, sur lequel chaque cube repose étroitement, et la zone interdite entre lui et le sol est minimale. Une surface rugueuse, c'est comme un sol jonché de petits cailloux : le cube ne s'appuie que sur quelques aspérités, et il reste dessous des interstices où les micelles peuvent pénétrer. Cela affaiblit l'expulsion et réduit l'attraction vers le support. Résultat : sur un sol lisse, les cubes s'étalent en une seule couche, tandis que sur un sol caillouteux, ils s'assemblent en tours, car l'attraction entre les cubes des couches supérieures se révèle plus forte que celle vers la surface irrégulière.
La différence de rugosité entre une plaque de silicium lisse et du verre borosilicaté n'est que de 0,09 nm, soit moins que le diamètre d'un atome d'or (0,288 nm), mais cela suffit à changer radicalement le type d'assemblage.