Dans les laboratoires de l'Université des sciences de Tokyo et de l'Université du Tohoku, des scientifiques ont découvert un repère simple mais fiable pour prédire les propriétés magnétiques d'alliages complexes. La taille de la cellule structurelle répétitive du cristal s'est révélée plus précise que la concentration électronique habituelle pour distinguer les différents types de magnétisme dans les matériaux apparentés aux quasicristaux.
Les chercheurs ont étudié des cristaux approximants de type Tsai — des structures à clusters atomiques imbriqués qui reproduisent les particularités des véritables quasicristaux. Dans les composés contenant de l'or avec de l'aluminium ou du gallium et des éléments de terres rares (terbium, dysprosium, holmium), le comportement magnétique dépendait du paramètre de réseau — la distance entre les nœuds atomiques répétitifs.
Au-delà de 14,72 angström apparaissait un état antiferromagnétique « tourbillonnaire » : les moments magnétiques des atomes s'organisaient en une configuration ordonnée mais de sens opposé. Dans l'étroit intervalle de 14,62–14,72 angström apparaissait un ferromagnétisme tourbillonnaire avec une aimantation globale. En dessous de ce seuil, le matériau passait à un état de verre de spin — un gel chaotique des moments sans ordre à longue distance.
Auparavant, les scientifiques se fondaient principalement sur le nombre d'électrons de valence par atome. Cet indicateur fonctionnait de manière instable lorsque la composition chimique changeait. Le nouveau critère structurel a fourni un diagramme de phases unifié, qui sert désormais de carte pratique pour la recherche et la création de matériaux aux propriétés magnétiques définies.
Cette découverte est importante non seulement pour la physique fondamentale. Elle ouvre la voie à une conception ciblée de matériaux quantiques, où des états magnétiques inhabituels pourraient devenir la base de futurs dispositifs — des capteurs aux éléments de calcul quantique. Le moindre changement des dimensions de la « pièce » atomique modifie radicalement le comportement de tout un « collectif » d'atomes.
Les résultats ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society et sont déjà considérés comme un repère fiable pour la recherche systématique de nouveaux quasicristaux magnétiques et de leurs approximants.
