Dans le monde de la science des matériaux, beaucoup ont entendu parler des cristaux - des structures hautement ordonnées dans lesquelles les atomes sont disposés de manière serrée et périodique (dans laquelle l'arrangement atomique est répété). Mais, peu de gens connaissent les quasicristaux, qui sont des structures uniques avec des arrangements atomiques étranges. Comme des cristaux, les quasicristaux sont également étroitement arrangés, mais ce qui les différencie, c'est qu'ils possèdent une symétrie pentagonale sans précédent, tel que l'arrangement atomique est hautement ordonné mais pas périodique.

Cette particularité leur confère des propriétés uniques, comme une grande stabilité, résistance à la chaleur, et à faible friction. Depuis leur découverte il y a seulement une trentaine d'années, les scientifiques du monde entier ont essayé de comprendre les propriétés des quasicristaux, dans le but de faire plus de progrès dans la recherche sur les matériaux. Mais, ce n'est pas facile, car les quasicristaux ne sont pas répandus dans la nature. Heureusement, ils ont pu utiliser des structures similaires à des quasi-cristaux, appelés « approximants de type Tsai ». Comprendre ces structures en détail pourrait donner un aperçu des nombreuses propriétés des quasi-cristaux. L'une de ces propriétés est l'antiferromagnétisme, dans lequel les moments magnétiques sont alignés dans un ordre quasi-périodique, se distingue de façon frappante des antiferromagnétiques conventionnels. Cette propriété n'a jamais été observée dans les quasicristaux jusqu'à présent, mais la possibilité était excitante pour les scientifiques des matériaux, car cela pourrait être une passerelle vers une pléthore de nouvelles applications.

Dans une nouvelle étude publiée dans Examen physique B :Communications rapides , une équipe de scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo, dirigé par le professeur Ryuji Tamura, ont trouvé pour la première fois qu'un type d'approximatif de type Tsai présente une transition antiferromagnétique. C'était une découverte passionnante, car cela suggérait que même les quasi-cristaux pouvaient montrer une telle transition. Les scientifiques savaient déjà que les approximants de type Tsai ont deux variantes différentes :les approximants 1/1 et 2/1.

La principale différence entre les deux est que les approximants 2/1 contiennent une unité rhomboédrique supplémentaire dans leur structure, qui est absent dans le type 1/1, les rendant encore plus ordonnés et plus proches de la structure des quasicristaux. Et c'est pourquoi les scientifiques ont voulu voir les conditions dans lesquelles les approximants 2/1 pourraient montrer un antiferromagnétisme; il a créé une possibilité de voir cette nouvelle propriété même dans les quasi-cristaux. Le professeur Tamura dit, "Des transitions antiferromagnétiques ont été observées dans des approximants 1/1, mais nous l'avons observé dans un approximant 2/1 pour la première fois. Ceci est intéressant car contrairement à l'approximatif 1/1, l'approximatif 2/1 contient tous les composants nécessaires à la construction d'un quasi-cristal."

Pour examiner de plus près les propriétés magnétiques des approximants 2/1, les scientifiques ont synthétisé des alliages métalliques à structure cristalline, qui contenait à la fois des approximations 1/1 et 2/1. En utilisant un dispositif appelé dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID), ils ont étudié les conditions dans lesquelles les approximants ont montré des propriétés magnétiques différentes. De façon intéressante, ils ont trouvé qu'un seul paramètre dicte la présence d'antiferromagnétisme dans les deux types d'approximants. C'était le rapport d'électron par atome, qui différait légèrement dans les deux types. En manipulant le rapport électron-par-atome, Le professeur Tamura et son équipe ont observé une "transition" vers un état antiferromagnétique dans les deux types d'approximants. Cette propriété avait été vue dans le type 1/1 auparavant mais jamais dans l'approximatif 2/1. C'était un développement passionnant, comme la structure hautement ordonnée de l'approximatif 2/1 signifiait qu'il pouvait être utilisé pour générer des quasi-cristaux, ce qui en fait la toute première étude à montrer la possibilité de quasicristaux antiferromagnétiques.

Élaborant sur leurs conclusions, Le professeur Tamura dit, « Nous avons réussi à observer, pour la première fois, transitions antiferromagnétiques dans les approximants AFM 1/1 et 2/1 dans le même système d'alliage." Il ajoute, "Notre découverte montre clairement que l'ordre antiferromagnétique survit dans l'approximant d'ordre supérieur 2/1, qui a tous les éléments constitutifs pour créer un quasi-cristal."

L'importance des quasi-cristaux, comme dans les applications de routine comme la fabrication de poêles à frire et d'aiguilles pour l'acupuncture et la chirurgie, est bien connue. Mais, vu leur découverte toute récente, peu de choses ont été comprises sur ce qui les rend si uniques. En montrant l'existence d'un antiferromagnétisme dans une structure quasi cristalline, Le professeur Tamura et son équipe ont potentiellement ouvert la voie à de plus grands développements dans la recherche sur les quasi-cristaux. Le professeur Tamura conclut en disant :"Les quasicristaux antiferromagnétiques n'avaient jamais été vus auparavant, et cette découverte a un grand impact académique. » Il ajoute, "La possibilité de l'existence de quasicristaux antiferromagnétiques est un grand pas vers le déchiffrement du mystère des quasicristaux."