Des chercheurs de l'Université Brown et de l'Université du Michigan ont réalisé un tour qui était auparavant confiné aux rêves fiévreux des physiciens théoriciens : ils ont créé et stabilisé une nouvelle phase de la matière en utilisant de minuscules particules d'argent disposées comme des briques LEGO cosmiques. Les travaux, publiés dans la revue Science, capturent un état structurel intermédiaire qui apparaît brièvement lors de la transformation entre deux arrangements cristallins courants dans les métaux – un état si éphémère que les scientifiques n'avaient que deviné son existence.

Le matériau nouvellement créé ne se contente pas d'avoir l'air exotique ; il présente également un comportement optique inhabituel, en particulier un couplage lumière-matière profond et fort, où les électrons à l'intérieur des nanoparticules d'argent vibrent en synchronisation avec les ondes lumineuses et deviennent intriqués quantiquement. Remarquablement, cet effet se produit à température ambiante, ce qui équivaut à trouver un manchot prospérant dans le Sahara. Les chercheurs suggèrent que cela pourrait éventuellement être utile pour l'informatique quantique et d'autres technologies de l'information quantique – parce que ce dont le monde a besoin, ce sont plus de façons de calculer des choses qui sont simultanément ici et pas ici.

Pour construire leur merveille microscopique, l'équipe a synthétisé des nanoparticules d'argent en forme d'octaèdres tronqués – ils les appellent "mécons" – qui ressemblent à un diamant dont les coins ont été coupés, résultant en une géométrie à 14 faces. L'auteur principal Yasutaka Nagaoka et l'équipe ont ajusté les conditions de chauffage pour produire des mécons avec différents degrés de rondeur, puis les ont recouverts de longues chaînes moléculaires qui ont agi comme des connecteurs collants, permettant aux particules de s'auto-assembler en structures ordonnées plus grandes appelées super-réseaux de nanoparticules.

"Notre travail ressemble un peu à des enfants jouant avec des briques LEGO," a déclaré Ou Chen, professeur associé de chimie à Brown et auteur correspondant, dans ce qui est peut-être l'analogie scientifique la plus accessible depuis "c'est comme un ballon et une brique." Les revêtements moléculaires, a découvert l'équipe, ont joué un rôle crucial dans la stabilisation des arrangements correspondant aux structures transitionnelles prédites par la voie de Nishiyama-Wassermann – un modèle de premier plan pour la façon dont les métaux passent entre les arrangements cristallins cubiques à faces centrées (CFC) et cubiques centrés (CC).

"Les scientifiques des matériaux se soucient depuis longtemps de la façon de contrôler la quantité de CFC et de CC dans leurs métaux, mais les transitions entre ces phases ont été difficiles à étudier car elles sont si instables," a déclaré Tim Moore, co-auteur de l'étude de l'Université du Michigan. "Pouvoir observer ces structures est une percée fondamentale en science des matériaux." La recherche a été soutenue par une petite montagne de subventions de la National Science Foundation et du Département de l'Énergie, car apparemment, découvrir une nouvelle phase de la matière n'est pas bon marché.

"Chaque fois que vous êtes capable d'identifier une nouvelle phase de la matière, de nouvelles applications vont émerger," a ajouté Chen, ce qui est l'équivalent scientifique de "construisez-la et ils viendront" – en supposant que "ils" sont des ordinateurs quantiques et des capteurs avancés.