Les aimants permanents les plus puissants d'aujourd'hui contiennent un mélange d'éléments néodyme et fer. Cependant, le néodyme seul ne se comporte comme aucun aimant connu, déroutant les chercheurs depuis plus d'un demi-siècle. Des physiciens de l'Université Radboud et de l'Université d'Uppsala ont montré que le néodyme se comporte comme un verre de spin auto-induit, ce qui signifie qu'il est composé d'une mer ondulée de nombreux minuscules aimants tourbillonnants circulant à différentes vitesses et évoluant constamment au fil du temps. Comprendre ce nouveau type de comportement magnétique affine notre compréhension des éléments du tableau périodique, et pourrait éventuellement ouvrir la voie à de nouveaux matériaux pour l'intelligence artificielle. Les résultats seront publiés le 29 mai, dans Science .

"Dans un pot de miel, vous pouvez penser que les zones autrefois claires qui ont viré au jaune laiteux ont mal tourné. Mais plutôt, le pot de miel commence à cristalliser. C'est ainsi que vous pourriez percevoir le processus de ging dans le néodyme, " dit Alexandre Khajetoriens, professeur de microscopie à sonde à balayage. Avec le professeur Mikhail Katsnelson et le professeur assistant Daniel Wegner, il a découvert que le matériau néodyme se comporte d'une manière magnétique complexe jamais observée auparavant dans un élément du tableau périodique.

Aimants tourbillonnants et verres

Les aimants sont définis par un pôle nord et un pôle sud. La dissection d'un aimant de réfrigérateur ordinaire révèle de nombreux aimants atomiques, soi-disant tours, qui sont alignés dans la même direction et définissent les pôles nord et sud. Bien différemment, certains matériaux d'alliage existent sous forme de verre de spin, dans lequel des spins espacés aléatoirement pointent dans toutes sortes de directions. Les verres Spin tirent leur nom de l'amorphe, structure évolutive des atomes dans un morceau de verre. De cette façon, les verres de spin relient le comportement magnétique à des phénomènes dans la matière plus molle, comme les liquides et les gels.

Les verres de spin sont connus pour se produire dans les alliages, qui sont des combinaisons de métaux avec un ou plusieurs autres éléments et de structure amorphe, mais jamais en éléments purs du tableau périodique. Étonnamment, Les chercheurs de Radboud ont découvert que les spins atomiques d'un morceau parfaitement ordonné du néodyme, élément des terres rares, forment des motifs qui tourbillonnent comme une hélice mais changent constamment le motif exact de l'hélice. C'est la manifestation d'un nouvel état de la matière appelé verre de spin auto-induit.

Voir la structure magnétique

« A Nimègue, nous sommes spécialistes de la microscopie à effet tunnel (STM). Il nous permet de voir la structure des atomes individuels, et nous pouvons résoudre les pôles nord et sud des atomes, " explique Wegner. " Avec cette avancée en imagerie de haute précision, nous avons pu découvrir le comportement du néodyme, parce que nous pourrions résoudre les changements incroyablement petits de la structure magnétique. Ce n'est pas une chose facile à faire."

Un matériau qui se comporte comme des neurones

Cette découverte ouvre la possibilité que ce comportement magnétique complexe et vitreux puisse également être observé dans de nouveaux matériaux, y compris d'autres éléments du tableau périodique. Khajetoriens dit, "Cela affinera les connaissances des manuels sur les propriétés fondamentales de la matière. Mais cela fournira également un terrain d'essai pour développer de nouvelles théories où nous pourrons lier la physique à d'autres domaines, par exemple, neurosciences théoriques. L'évolution complexe du néodyme peut être une plate-forme pour imiter le comportement de base utilisé dans l'intelligence artificielle. Tous les motifs complexes qui peuvent être stockés dans ce matériau peuvent être liés à la reconnaissance d'images."

Avec l'avancement de l'IA et sa grande empreinte énergétique, il existe une demande croissante pour créer des matériaux capables d'effectuer des tâches cérébrales directement dans le matériel. "Vous ne pourriez jamais construire un ordinateur inspiré du cerveau avec de simples aimants, mais les matériaux avec ce comportement complexe pourraient être des candidats appropriés, ", dit les Khajetoriens.