Des labyrinthes incroyablement complexes découverts dans la structure de cristaux étranges

À l’aide d’un algorithme avancé, des physiciens britanniques ont identifié des labyrinthes remarquablement complexes dans la structure de quasi-cristaux, avec des implications potentielles dépassant largement le cadre des mathématiques.

Une structure étrange

Alors que les atomes des cristaux conventionnels s’alignent et forment des motifs se répétant dans les trois dimensions, la structure atomique des « quasi-cristaux » est apériodique, avec des formes de symétrie plus complexes et imprévisibles.

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Si de tels solides ont été synthétisés en laboratoire, et même créés lors du premier essai atomique de l’histoire, en 1945, à ce jour, leur principale source « naturelle » se résume à une météorite découverte en Russie au milieu des années 1980.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Physical Review X, Felix Flicker, de l’université de Bristol, et ses collègues ont développé un algorithme visant à relier tous les atomes de la structure de quasi-cristaux en empruntant à chaque fois les chemins les plus rapides. Celui-ci s’inspirait directement du problème du cavalier, où une telle pièce, placée aléatoirement sur un échiquier, doit visiter chacune de ses cases sans y repasser.

If you’re a fan of puzzles, look no further 👀 Dr Felix Flicker from @BristolUniPhys has created an amazingly difficult maze. The design could even help unravel major global challenges.
Check it out in the @newscientist to see if you can find a way out 👉https://t.co/pcF0HOXavk pic.twitter.com/0XrREAqwvl

— University of Bristol (@BristolUni) July 5, 2024

Bien que l’approche ait majoritairement produit des labyrinthes retors, devenant exponentiellement plus complexes à mesure que le nombre d’atomes augmentait, pour certains types de quasi-cristaux, la solution s’avérait étonnamment simple. « C’était surprenant, car ce problème en général est connu pour être essentiellement impossible à résoudre », souligne Flicker.

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Implications potentielles

D’après l’équipe, de telles découvertes pourraient permettre de réduire de moitié le temps nécessaire pour générer des images à l’aide de la microscopie à effet tunnel. Une technique impliquant la détection de chaque atome d’un matériau.

Ouvrant la voie à la création de catalyseurs cristallins plus efficaces, elles illustrent la capacité d’absorption exceptionnelle des quasi-cristaux, qui pourraient être exploités pour piéger le CO2 atmosphérique.