La plupart des matériaux, vu au niveau atomique, venir dans l'un des deux types. Certains matériaux, comme le sel de table, sont très cristallins, ce qui signifie que les atomes du matériau sont disposés selon des motifs géométriques ordonnés et répétés. Autres matériaux, comme le verre, ne pas afficher une telle organisation ; dans ces cas, les atomes sont disposés dans ce que les scientifiques appellent une structure amorphe.

Quelques matériaux spéciaux, cependant, à cheval entre le cristallin et l'amorphe. Ces matériaux, appelés quasicristaux, ont des structures atomiques qui sont géométriquement organisées mais, contrairement à ceux des matériaux cristallins, ne se répètent jamais. Dans une nouvelle étude du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), les scientifiques ont examiné des réseaux de matériaux magnétiques modelés dans ces géométries uniques et assez belles pour voir comment la nature des modèles non répétitifs conduit à l'émergence d'effets énergétiques inhabituels.

Les motifs géométriques simples mais élégants à l'intérieur d'un quasi-cristal rappellent un vitrail ou un mandala bouddhiste. "Les quasi-cristaux sont scientifiquement intéressants car leur organisation interne crée des effets que vous ne voyez pas dans d'autres matériaux, " a déclaré Amanda Petford-Long, scientifique principale en matériaux d'Argonne, qui a dirigé l'étude.

Tout comme différents morceaux de verre s'assemblent le long de leurs bords pour créer des formes et des motifs dans un vitrail, un quasicristal contient des jonctions qui définissent son comportement. Bien que les jonctions dans un quasi-cristal où différentes formes se rejoignent puissent contenir différents nombres d'arêtes sécantes, chaque jonction au sein d'un quasi-cristal présente la même préférence physique de base :être dans l'état d'énergie le plus bas possible. Cependant, parce que chaque point dans le quasi-cristal est constamment en interaction et en compétition avec ses voisins, tous les sommets ne peuvent pas être dans leurs états d'énergie les plus bas en même temps.

Dans l'expérience, les chercheurs d'Argonne voulaient voir comment la structure du quasicristal réagissait à l'ajout d'énergie supplémentaire. "Nous cherchions à savoir si nous pouvions réellement transférer de l'énergie d'un côté du réseau à l'autre, et d'imaginer les modèles qui ont émergé lorsque nous avons essayé de le faire, " a déclaré Charudatta Phatak, scientifique en matériaux d'Argonne, autre auteur de l'étude.

A leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que la redistribution de l'énergie à travers le quasi-cristal avait lieu comme une réaction en chaîne qui ressemblait aux branches fourchues d'un coup de foudre. Contrairement à un réseau magnétique plus conventionnel, où ces "avalanches" de redistribution d'énergie ne se produisent que dans une seule direction, la propagation de l'énergie redistribuée à travers le réseau prend une apparence arborescente.

Les quasi-cristaux pourraient fournir un exemple de système recherché par les scientifiques :un réseau composé d'îlots magnétiques capables de propager et de stocker des informations. Le comportement de ces types de réseaux dépend de la quantité d'énergie qui est mise dans le système, selon Phatak.

Comprendre les comportements énergétiques de ces types de réseaux est essentiel pour le développement de dispositifs informatiques de nouvelle génération qui pourraient constituer la base de choses comme les réseaux de neurones artificiels, qui serait capable d'effectuer des calculs complexes avec une très faible consommation d'énergie.