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Nov 08, 2023

Un quasi-cristal découvert dans un "foudre fossilisé"

Un quasi-cristal qui a probablement été formé par une forte décharge électrique à travers un

Un quasi-cristal qui a probablement été formé par une forte décharge électrique à travers une dune de sable a été découvert par des chercheurs basés aux États-Unis et en Italie. L'équipe, dirigée par Paul Steinhardt de l'Université de Princeton, espère que leur découverte pourrait conduire au développement de nouvelles techniques de création de quasi-cristaux artificiels et aider les scientifiques à trouver d'autres échantillons naturels.

Les quasi-cristaux sont des matériaux solides avec des structures atomiques qui ont un ordre à longue portée, mais n'ont pas la symétrie de translation trouvée dans les cristaux réguliers. Au lieu de cela, ils présentent uniquement une symétrie de rotation, et cet arrangement curieux donne aux quasi-cristaux une gamme de propriétés mécaniques, électriques et optiques exotiques. Autrefois considérés comme impossibles, les quasi-cristaux ont été identifiés pour la première fois en 1982 et depuis lors, plusieurs techniques différentes de synthèse de ces matériaux ont été développées, notamment le dépôt en phase vapeur et la trempe lente des états liquides.

Dans la nature, cependant, les conditions requises pour générer des quasi-cristaux sont exceptionnellement rares et le premier échantillon naturel a été identifié par Steinhardt et ses collègues en 2009. Ce qui a suivi a été une expédition en Sibérie dirigée par Steinhardt, cherchant la source de cet échantillon et confirmant qu'il faisait partie d'une météorite.

Une fois qu'il a été établi que les quasi-cristaux existent dans la nature, la course était lancée pour trouver de nouveaux exemples. Maintenant, Steinhardt et ses collègues ont découvert un nouveau type de quasi-cristal dans un échantillon de fulgurite. Surnommées "éclairs fossilisés", les fulgurites sont des tubes de matériau fondu créés lorsqu'un courant électrique important traverse le sable. Leur échantillon provient des Sand Hills du centre-nord du Nebraska et a été découvert près d'une ligne électrique tombée, ce qui a apporté des traces de métal à l'échantillon.

De composition chimique Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6, le quasi-cristal se présente sous la forme d'un grain millimétrique emprisonné à l'intérieur de la fulgurite. Là, le quasi-cristal coexistait avec un réseau cubique plus conventionnel. Le quasi-cristal a des couches atomiques également espacées, chacune avec une symétrie de rotation de 12 fois - quelque chose qui est impossible dans les cristaux ordinaires avec une symétrie de translation.

Le condensat quasicristallin de Bose-Einstein donne un aperçu de la physique dans des dimensions supérieures

En étudiant l'échantillon, Steinhardt et ses collègues ont pu rassembler des indices sur sa formation. Ils pensent que le quasi-cristal s'est probablement formé lors d'une forte décharge électrique à travers le sable. Cela pourrait avoir été le résultat de la ligne électrique tombée, d'un coup de foudre ou d'une combinaison des deux. Quelle que soit sa source, la décharge aurait généré des températures extrêmes supérieures à 1710 °C. Cela, disent-ils, aurait créé les conditions nécessaires pour qu'un quasi-cristal se forme dans la région entre les traces d'alliage d'aluminium de la ligne électrique et le verre de silicate fondu du sable.

L'équipe de Steinhardt espère que sa découverte pourrait conduire à de nouvelles techniques de synthèse de quasi-cristaux grâce à des décharges électriques contrôlées en laboratoire. Cela pourrait permettre aux chercheurs de concevoir de nouvelles propriétés exotiques et pourrait même les aider à mieux identifier les endroits où des quasi-cristaux naturels peuvent être trouvés, à la fois sur Terre et dans l'espace.

La recherche est décrite dans Actes de l'Académie nationale des sciences.