Cela semble bizarre, mais ils existent : des cristaux constitués d’objets en rotation. Des physiciens d'Aix-la-Chapelle, de Düsseldorf, de Mayence et de Wayne State (Detroit, États-Unis) ont étudié conjointement ces objets exotiques et leurs propriétés. Ils se brisent facilement en fragments individuels, présentent des joints de grains impairs et présentent des défauts qui peuvent être contrôlés de manière ciblée.
Dans un article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesles chercheurs expliquent comment plusieurs nouvelles propriétés de tels systèmes d'interaction transversale peuvent être prédites en appliquant une théorie globale.
Des forces transversales peuvent se produire dans les systèmes synthétiques, comme dans certains solides magnétiques. Cependant, ils existent également dans les systèmes d’organismes vivants. Dans une expérience d'observation d'un grand nombre d'embryons d'étoiles de mer menée à l'université américaine du MIT, il a été constaté que, par leurs mouvements de nage, les embryons s'influencent mutuellement de manière à les amener à tourner les uns autour des autres.
La fonction biologique que cela pourrait avoir n’est pas encore comprise. Le point commun de ces systèmes est qu’ils impliquent des objets en rotation.
Le professeur Hartmut Löwen de l'Institut de physique théorique II de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) explique : « Un système composé de nombreux éléments constitutifs en rotation présente un comportement qualitativement nouveau et non intuitif : à des concentrations élevées, ces objets forment un corps solide de rotors qui possèdent des propriétés matérielles « étranges ».
La propriété d’élasticité impaire, par exemple, est affectée. Lorsqu'un matériau conventionnel est tiré, il se déforme dans le sens de la traction, mais un matériau élastique étrange ne se déformera pas, mais se tordra plutôt.
Un solide aussi étrange et tordu peut se désintégrer spontanément en de nombreux cristallites en rotation si ses éléments constitutifs frottent les uns contre les autres si fortement qu'ils forment des fragments. Remarquablement, en plus de se briser en morceaux, le cristal peut également se réassembler.
Une équipe de physiciens dirigée par l'auteur principal, le professeur Dr Zhi-Feng Huang du département de physique et d'astronomie de la Wayne State University et l'auteur correspondant, le professeur Löwen, a développé une théorie à plusieurs échelles pour des cristaux aussi étranges. En appliquant cette théorie, des calculs sur modèle ont été effectués, qui ont abouti à des conclusions concernant de nouvelles applications potentielles pour ces solides étranges.
Il a été observé que les gros cristaux à interaction transversale se désintègrent intrinsèquement en petites unités cristallines en rotation. Cependant, les cristaux plus petits se développeront jusqu’à atteindre une taille critique. Ce comportement va à l'encontre de la croissance cristalline normale, c'est-à-dire que les cristaux grossissent de plus en plus dans des conditions thermodynamiques favorables.
Le professeur Huang commente : « Nous avons découvert une propriété fondamentale de la nature sous-jacente à ce processus, qui détermine la relation entre la taille des fragments critiques et leur vitesse de rotation. »
Le professeur Dr Raphael Wittkowski, co-auteur de l'étude, du DWI – Institut Leibniz pour les matériaux interactifs et de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, explique plus en détail : « Nous avons en outre démontré comment les défauts dans les cristaux présentent une dynamique qui leur est propre. La formation de tels défauts peut être influencée de l'extérieur, ce qui permet de contrôler spécifiquement les propriétés des cristaux en vue d'applications d'utilisation.
« Notre théorie de grande envergure englobe tous les systèmes mettant en évidence de telles interactions transversales. Les applications imaginables vont de la recherche sur les colloïdes à la biologie », a déclaré le co-auteur, le Dr Michael te Vrugt, professeur adjoint à l'Université de Mayence.
Le professeur Löwen ajoute : « Les calculs du modèle indiquent un potentiel d'application concret. Les nouvelles propriétés élastiques de ces nouveaux cristaux pourraient être exploitées pour inventer de nouveaux éléments de commutation techniques, par exemple. »
En physique, les interactions fondamentales telles que la gravité entre deux masses et la force coulombienne entre deux corps chargés sont appelées forces centrales car elles agissent le long d'une ligne reliant les centres des deux corps. Les forces centrales amènent les corps à se rapprocher ou à s’éloigner les uns des autres.
Cependant, des interactions transversales ont récemment été découvertes, qui constituent un phénomène exotique dans lequel la force exercée mutuellement agit perpendiculairement à l'axe de leurs centres. Cela provoque spontanément la rotation des deux corps l’un autour de l’autre.
