Entre les cours de chimie, pierres précieuses, et électronique, l'idée des cristaux, C'est, substances avec un arrangement ordonné et périodique des atomes est assez commun. Mais il y a environ 40 ans, une particule étrange a été découverte par des scientifiques qui n'est pas encore devenue courante dans notre monde :les quasi-cristaux. Ce sont des structures avec des arrangements atomiques curieux, lequel, bien que superficiellement semblable à des cristaux, manque de périodicité malgré la commande. En raison de leurs structures, les quasicristaux présentent des symétries interdites aux cristaux et sont dotés de propriétés intéressantes que les cristaux ne peuvent pas montrer, comme une résistance élevée au flux de chaleur, flux de courant, et corrosif.

Depuis leur découverte, les quasicristaux ont fait l'objet de recherches approfondies par les scientifiques des matériaux du monde entier. En raison de leur rareté, les scientifiques ont souvent eu recours à l'étude de modèles les imitant, appelés approximants. Récemment, dans une classe d'approximants à base d'or, appelés « approximants de type Tsai », la présence d'un ordre magnétique a été détectée dont le type peut être contrôlé par la composition des approximants - une possibilité passionnante à explorer pour les scientifiques des matériaux.

Dans ces approximations de complexité croissante, tel que celui composé d'or (Au), aluminium (Al), et terbium (Tb), l'ordre magnétique s'est avéré être antiferromagnétique, où chaque ion dans le cristal agit comme un petit aimant avec ses pôles opposés à ceux de ses voisins. Dans une nouvelle étude publiée dans Examen physique B, Prof. Ryuji Tamura de l'Université des sciences de Tokyo (TUS), Japon, avec ses collègues Sam Coates de TUS, et Hem Raj Sharma et Ronan McGrath de l'Université de Liverpool, exploré la structure atomique de la surface antiferromagnétique cet approximant de type Tsai. Pr Tamura, qui a dirigé l'étude, dit :"Les approximants de Tsai à base d'Au sont sous-étudiés par rapport à leurs homologues à base d'argent (Ag), en particulier dans le domaine de la science des surfaces. La compréhension des structures de ces matériaux de type Tsai permettra des interprétations approfondies de leurs propriétés spécifiques, comme les transitions magnétiques, fonctionnalités électroniques, et supraconductivité. » Leur étude a donné des résultats inattendus.

Les blocs de construction des approximants de type Tsai sont des "amas de type Tsai", coques polyédriques dont le nombre de côtés dépend de la variante de l'approximatif. Dans leur étude, L'équipe du Pr Tamura a choisi une variante 1/1 de l'approximant Au-Al-Tb dans laquelle une unité tétraédrique était enfermée dans un dodécaèdre, icosaèdre, icosidodécaèdre, et triacontaèdre rhombique. Les atomes de Tb occupaient les sommets de l'icosaèdre tandis que les atomes Au/Al occupaient les sommets des couches restantes.

Les scientifiques ont examiné une surface spécifique d'un monocristal d'Au-Al-Tb 1/1 à l'aide d'un microscope à effet tunnel (STM) et ont étayé leurs observations par des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT).

Ils ont découvert que la surface avait une structure particulière semblable à une terrasse en marches, les terrasses se terminant par des plans contenant des atomes de Tb et une hauteur de marche qui, de façon intéressante, semblait minimiser le nombre d'icosaèdres incomplets. Par ailleurs, ils ont découvert que la structure en terrasse dépendait du signe de la tension de polarisation appliquée à l'échantillon. Alors qu'il est en biais positif, les atomes de Tb présentaient une disposition rhomboédrique ou hexagonale, un biais négatif a révélé que les atomes Au/Al étaient disposés en une structure linéaire en forme de rangée, une sorte de commutation qui n'était pas observée auparavant dans un matériau de type Tsai. "Comme c'est le premier matériel de type Tsai à montrer un tel schéma, nous devons étudier plus avant les types de Tsai à base d'Au pour évaluer si la composition chimique a un rôle à jouer dans la structure de surface, " commente le Pr Tamura. Les observations étaient cohérentes avec les calculs de la DFT.

Alors que les quasicristaux ont trouvé plusieurs applications, allant des instruments chirurgicaux, LEDs pour poêles anti-adhésives, ils sont loin d'être bien compris et les découvertes récentes dans les structures quasi-cristallines servent à faire allusion aux possibilités exotiques inexploitées qu'elles recèlent. "La structure unique de la surface de type Tsai suggère que les quasicristaux pourraient être utilisés comme modèle pour l'adsorption moléculaire dans la création de films minces semi-conducteurs organiques, " explique le professeur Tamura. " Comprendre comment le changement de structure correspond au magnétisme peut ouvrir des portes à de nouvelles applications, " il ajoute.

Une chose est sûre :le quasi-cristal est un peu plus clair !