Des scientifiques créent un nouveau type de cristal temporel

Les innovations en matière de physique quantique s’enchaînent et des scientifiques ont récemment créé ce qui semble être le premier quasi-cristal temporel. Enfermé à l’intérieur d’un diamant, ce système quantique a le potentiel d’ouvrir de nouvelles voies jusque-là inaccessibles dans le domaine de la physique quantique.

Qu’est-ce qu’un quasi-cristal temporel ?

Pour comprendre ce qu’est un quasi-cristal temporel, il faut d’abord savoir qu’il existe ce que l’on appelle des cristaux temporels. En physique de la matière condensée, un cristal temporel est un système quantique de particules dont l’état d’énergie le plus bas est celui dans lequel les particules sont en mouvement répétitif. Le système ne peut pas perdre d’énergie dans l’environnement et s’arrêter, car il est déjà dans son état quantique fondamental. Autrement dit, un cristal temporel standard est une phase de la matière caractérisée par un mouvement perpétuel sans dépense d’énergie.

Autre particularité des cristaux temporels : leurs motifs temporels sont structurés et répétitifs. C’est là que réside la différence avec les quasi-cristaux temporels. Considéré comme un type de cristal temporel, un quasi-cristal temporel est un solide qui, comme un cristal temporel ordinaire, possède des atomes disposés de manière spécifique et non aléatoire, mais sans motif répétitif. Ainsi, un quasi-cristal temporel ne répète jamais la façon dont il organise des atomes. En l’absence de répétition, le cristal vibre à des fréquences différentes.

"It's an entirely new phase of matter."https://t.co/Ir2koLepSD
— ScienceAlert (@ScienceAlert) March 21, 2025

Comment ont été créés ces quasi-cristaux temporels ?

Dans une première mondiale, des chercheurs de l’université Harvard et de l’université de Washington ont créé ce qui semble être le tout premier quasi-cristal temporel. C’est un exploit impressionnant, dans la mesure où, même si les cristaux temporels sont théoriquement capables de répéter le même cycle à l’infini sans nécessiter d’énergie supplémentaire, ils sont incroyablement fragiles et cèdent donc assez facilement aux pressions environnementales. Cela implique qu’ils sont incroyablement difficiles à créer, et les cristaux temporels expérimentaux sont ainsi assez rares.

Pourtant, d’après les résultats de l’étude publiée dans la revue Physical Review X, les chercheurs sont bel et bien parvenus à créer un nouveau type de cristal temporel. Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé un morceau de diamant de seulement un millimètre. À l’intérieur de ce diamant, ils ont créé des espaces en le bombardant de puissants faisceaux d’azote. L’azote a déplacé les atomes de carbone à l’intérieur du diamant, laissant des chambres atomiques vides. Très rapidement, cet espace vide a été rempli par des électrons qui ont immédiatement commencé à interagir avec les particules voisines à l’échelle quantique.

Finalement, ce sont ces interactions qui ont permis de créer des quasi-cristaux temporels constitués de plus d’un million de ces lacunes dans le diamant. Bien que cela puisse sembler très vague pour une personne lambda, c’est une innovation très importante, car la simple existence des cristaux et des quasi-cristaux temporels confirme certaines théories fondamentales de la mécanique quantique. Sur le plan pratique, puisque les cristaux temporels sont sensibles aux forces quantiques telles que le magnétisme, ils pourraient servir de capteurs quantiques longue durée, sans recharge, entre autres applications.

Par ailleurs, un cristal temporel persiste 10 millions de fois plus longtemps que le précédent record.

Par Gabrielle Andriamanjatoson, le 30 mars 2025