La maggior parte dei materiali, se visto a livello atomico, venire in uno dei due tipi. Alcuni materiali, come sale da cucina, sono altamente cristallini, il che significa che gli atomi nel materiale sono disposti in schemi geometrici ordinati e ripetuti. Altri materiali, come il vetro, non mostrare tale organizzazione; in quei casi, gli atomi sono disposti in quella che gli scienziati chiamano una struttura amorfa.

Alcuni materiali speciali, però, a cavallo del confine tra cristallino e amorfo. Questi materiali, noti come quasicristalli, hanno strutture atomiche organizzate geometricamente ma, a differenza di quelli dei materiali cristallini, non si ripetono mai. In un nuovo studio dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gli scienziati hanno esaminato le reti di materiale magnetico modellate in queste geometrie uniche e piuttosto belle per vedere come la natura dei modelli non ripetitivi porta all'emergere di effetti energetici insoliti.

I motivi geometrici semplici ma eleganti all'interno di un quasicristallo ricordano una vetrata o un mandala buddista. "I quasicristalli sono scientificamente interessanti perché la loro organizzazione interna crea effetti che non si vedono in altri materiali, ", ha affermato Amanda Petford-Long, scienziata senior dei materiali di Argonne, che ha condotto lo studio.

Proprio come diversi pezzi di vetro si uniscono lungo i bordi per creare forme e motivi in ​​una vetrata, un quasicristallo contiene giunzioni che ne definiscono il comportamento. Sebbene le giunzioni in un quasicristallo in cui si incontrano forme diverse possano contenere un numero diverso di bordi intersecanti, ogni giunzione all'interno di un quasicristallo mostra la stessa preferenza fisica di base:essere nello stato energetico più basso possibile. Però, perché ogni punto all'interno del quasicristallo interagisce e compete costantemente con i suoi vicini, non tutti i vertici possono trovarsi contemporaneamente nei loro stati di energia più bassa.

Nell'esperimento, i ricercatori di Argonne volevano vedere come la struttura del quasicristallo rispondeva all'aggiunta di energia extra. "Stavamo valutando se potevamo effettivamente trasferire energia da un lato all'altro del reticolo, e per immaginare i modelli che sono emersi quando abbiamo provato a farlo, " ha detto lo scienziato dei materiali di Argonne Charudatta Phatak, un altro autore dello studio.

Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che la ridistribuzione dell'energia attraverso il quasicristallo avveniva come una reazione a catena che assomigliava ai rami biforcuti di un fulmine. A differenza di un reticolo magnetico più convenzionale, dove queste "valanghe" di ridistribuzione dell'energia avvengono solo in un'unica direzione, la diffusione dell'energia ridistribuita in tutto il reticolo assume l'aspetto di un albero.

I quasicristalli potrebbero fornire un esempio di un sistema che gli scienziati stavano cercando:una rete composta da isole magnetiche in grado di propagare e immagazzinare informazioni. Il comportamento di questo tipo di reti dipende dalla quantità di energia che viene immessa nel sistema, secondo Phatak.

Comprendere i comportamenti energetici di questo tipo di reti è essenziale per lo sviluppo di dispositivi computazionali di prossima generazione che potrebbero costituire la base di cose come le reti neurali artificiali, che sarebbe in grado di eseguire calcoli complessi con un consumo energetico molto basso.