Quasi-cristal rare trouvé dans un éclair « fossilisé »

Quasi-cristal rare trouvé dans un éclair "fossilisé"

Un tube de « foudre fossilisée » des Sandhills du Nebraska contient un type rare de quasi-cristal qui n’a été trouvé auparavant que dans des météorites et sur des sites d’essais de bombes atomiques.

Les quasi-cristaux sont des matériaux qui brisent les règles traditionnelles de la cristallographie. Avant qu’ils ne soient signalés pour la première fois en 1984, les scientifiques pensaient que les matériaux pouvaient être soit cristallins – avec des motifs symétriques et répétitifs – soit amorphes, ce qui indique qu’ils sont disposés et désordonnés de manière aléatoire.

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De plus, les scientifiques pensaient que les cristaux ne pouvaient être symétriques qu’un nombre limité de fois lorsqu’ils étaient tournés autour d’un axe – deux, trois, quatre ou six fois.

Les quasi-cristaux enfreignent ces règles. Ils sont placés ensemble dans un schéma ordonné, mais ce schéma se répète. Ils ont également des symétries de rotation qu’aucun cristal ordinaire ne peut atteindre. Un quasi-cristal à symétrie icosaédrique, par exemple, peut présenter une symétrie quintuple autour de six lignes de rotation différentes.

Les quasi-cristaux ont été découverts pour la première fois en laboratoire. En 2012, cependant, Paul Steinhardt, physicien théoricien à l’Université de Princeton, aux États-Unis, et Luca Bindi, géoscientifique à l’Université de Florence, en Italie, ont annoncé la découverte d’un quasi-cristal naturel dans une météorite tombée sur la péninsule du Kamtchatka, en le nord-est de la Russie.

Les chercheurs ont ensuite créé plus de quasi-cristaux en laboratoire, imitant les hautes températures et les hautes pressions qui peuvent être trouvées lorsque des corps rocheux entrent en collision.

Ils se sont tournés vers un autre endroit où une transition très rapide vers une température et une pression élevées a eu lieu : le site d’essai de la bombe atomique de Trinity au Nouveau-Mexique. Là, ils ont trouvé plus de quasi-cristaux dans les minéraux en dessous de l’endroit où la bombe atomique a explosé.

« Pour cette raison, j’ai commencé à penser à d’autres matériaux formés dans des conditions similaires. Et j’ai pensé aux fulgurites, des matériaux formés par la foudre », a déclaré Bindi à Live Science par e-mail.

Quasi cristal rare trouve dans un eclair fossilise
« Fossile » de foudre (Image : Luca Bindi)

décharge dramatique

Les fulgurites se forment lorsque la foudre frappe le sable, fusionnant les grains en un tube de verre torsadé et ramifié. Bindi a collecté plusieurs fulgurites dans sa recherche de quasi-cristaux.

Celui qui contenait cette forme rare de matière provenait des collines de sable du Nebraska, près du village de Hyannis. Cette zone du Nebraska est constituée de dunes couvertes d’herbe.

La fulgurite a été trouvée près d’une ligne électrique qui s’est effondrée lors d’une tempête en 2008. Au total, elle mesurait environ deux mètres de long et jusqu’à huit centimètres de diamètre.

Personne n’a été témoin de l’événement, les chercheurs ne savent donc pas si la foudre a frappé la ligne électrique et créé la fulgurite, ou si la ligne est tombée dans le vent et a créé la fulgurite avec sa propre décharge électrique.

Dans tous les cas, le verre ramifié résultant contenait un mélange de matériaux provenant du sable et des métaux de la ligne électrique, notamment du manganèse, du silicium, du chrome, de l’aluminium et du nickel.

Pour faire fondre ces matériaux, la température du sable doit avoir brièvement atteint au moins 1 710 °C, ont rapporté les chercheurs le 27 décembre dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.

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Image du quasi-cristal rare trouvé au Nebraska (Image : Luca Bindi)

« Chasse » aux quasi-cristaux

À l’aide d’un microscope électronique à balayage, Bindi, Steinhardt et leurs collègues ont trouvé un cristal à 12 côtés et à 12 angles avec une symétrie de 12 fois incrusté dans la fulgurite.

Les quasicristaux avec ce type de symétrie sont encore plus rares que les quasicristaux en général, ont écrit les chercheurs dans leur article ; Les quasi-cristaux à symétrie décuplée ou symétrie icosaédrique sont plus courants. La découverte indique de nouveaux endroits pour rechercher des quasi-cristaux naturels, a déclaré Bindi.

« Cela démontre que les conditions transitoires de pression et de température extrêmes conviennent à la synthèse de quasi-cristaux », a-t-il déclaré. D’autres endroits potentiels pour trouver des quasi-cristaux, selon le chercheur, pourraient être le verre d’impact formé lorsque de grosses météorites ou des astéroïdes frappent la Terre, ou dans des parties de la surface de la Lune touchées par des astéroïdes.

Avec des informations de Live Science

Image en vedette : Luca Bindi

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