Physicists create a new kind of time crystal that humans can actually see
es physiciens créent un nouveau type de cristal temporel visible par les humains
Par Daniel Strain, Université du Colorado à Boulder
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Configuration spatiale, périodicité temporelle et interactions à N corps des cristaux d'espace-temps continus. Crédit : Nature Materials (2025). DOI : 10.1038/s41563-025-02344-1
Imaginez une horloge sans électricité, mais dont les aiguilles et les engrenages tournent d'eux-mêmes pour l'éternité. Dans une nouvelle étude, des physiciens de l'Université du Colorado à Boulder ont utilisé des cristaux liquides, les mêmes matériaux que ceux utilisés dans l'écran de votre téléphone, pour créer une telle horloge – ou, du moins, pour s'en rapprocher le plus possible. L'avancée de l'équipe est un nouvel exemple de « cristal temporel ». C'est le nom d'une étrange phase de la matière dans laquelle les éléments, tels que les atomes ou d'autres particules, sont en mouvement constant.
Les chercheurs ne sont pas les premiers à créer un cristal temporel, mais leur création est la première visible par l'homme, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nombreuses applications technologiques.
« On peut les observer directement au microscope et même, dans des conditions particulières, à l'œil nu », explique Hanqing Zhao, auteur principal de l'étude et étudiant diplômé au département de physique de l'Université du Colorado à Boulder.
Avec Ivan Smalyukh, professeur de physique et chercheur à l'Institut des énergies renouvelables et durables (RASEI), ils ont publié leurs résultats le 4 septembre dans la revue Nature Materials.
Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont conçu des cellules de verre remplies de cristaux liquides – en l'occurrence des molécules en forme de bâtonnets qui se comportent à la fois comme un solide et un liquide. Dans des conditions particulières, si on les éclaire, les cristaux liquides se mettent à tourbillonner et à se déplacer, suivant des motifs qui se répètent au fil du temps.
Vidéo d'un cristal temporel en mouvement. Crédit : Laboratoire Smalyukh
Au microscope, ces échantillons de cristaux liquides ressemblent à des rayures de tigre psychédéliques, et ils peuvent bouger pendant des heures, à l'image de cette horloge qui tourne sans cesse.
« Tout naît de rien », explique Smalyukh. « Il suffit d'allumer une lumière, et tout ce monde de cristaux temporels émerge.»
Zhao et Smalyukh sont membres du satellite Colorado de l'Institut international pour la durabilité avec la métamatière chirale nouée (WPI-SKCM2), dont le siège est à l'Université d'Hiroshima au Japon. Cet institut international a pour mission de créer des formes artificielles de matière et de contribuer à la durabilité.
Une simulation informatique révèle le fonctionnement interne d'un cristal temporel. Un faisceau de lumière, une flèche bleue, modifie l'orientation des molécules colorantes, des bâtonnets rouges, entraînant le mouvement des cristaux liquides situés en dessous. Crédit : Laboratoire Smalyukh
Cristaux dans l'espace et le temps
Les cristaux temporels peuvent sembler tout droit sortis de la science-fiction, mais ils s'inspirent de cristaux naturels, tels que les diamants ou le sel de table.
Frank Wilczek, lauréat du prix Nobel, a été le premier à proposer l'idée des cristaux temporels en 2012. On peut comparer les cristaux traditionnels à des « cristaux spatiaux ». Les atomes de carbone qui composent un diamant, par exemple, forment un réseau spatial très difficile à déchiffrer.
ristaux dansants
Dans cette nouvelle étude, Zhao et Smalyukh ont cherché à voir s'ils pouvaient réaliser un exploit similaire avec des cristaux liquides.
Smalyukh a expliqué que si l'on comprime correctement ces molécules, elles se regroupent si étroitement qu'elles forment des plis. Étonnamment, ces plis se déplacent et peuvent même, dans certaines conditions, se comporter comme des atomes.
« Ces plis sont difficiles à éliminer », explique Smalyukh. « Ils se comportent comme des particules et commencent à interagir les uns avec les autres.»
Dans l'étude actuelle, Smalyukh et Zhao ont placé une solution de cristaux liquides entre deux morceaux de verre recouverts de molécules de colorant. Seuls, ces échantillons restaient pratiquement immobiles. Mais lorsque le groupe les a exposés à une certaine lumière, les molécules de colorant ont changé d'orientation et ont comprimé les cristaux liquides. Ce faisant, des milliers de nouveaux plis se sont soudainement formés.
Ces plis ont également commencé à interagir les uns avec les autres, suivant une série d'étapes incroyablement complexes. Imaginez une salle remplie de danseurs dans un roman de Jane Austen. Les couples se séparent, tournent autour de la pièce, se reforment et recommencent. Les schémas temporels étaient également particulièrement difficiles à briser : les chercheurs pouvaient augmenter ou diminuer la température de leurs échantillons sans perturber le mouvement des cristaux liquides.
« C'est là toute la beauté de ce cristal temporel », explique Smalyukh. « Il suffit de créer des conditions qui ne sont pas si particulières. On allume une lumière, et le tour est joué.»
Applications des cristaux d'espace-temps continus dans les dispositifs anti-contrefaçon. Crédit : Nature Materials (2025). DOI : 10.1038/s41563-025-02344-1
Zhao et Smalyukh affirment que de tels cristaux temporels pourraient avoir plusieurs usages. Les gouvernements pourraient, par exemple, ajouter ces matériaux aux billets pour les rendre plus difficiles à contrefaire. Pour savoir si ce billet de 100 dollars est authentique, il suffit d'éclairer le « filigrane temporel » et d'observer le motif qui apparaît. En empilant plusieurs cristaux temporels différents, le groupe peut créer des motifs encore plus complexes, ce qui pourrait permettre aux ingénieurs de stocker de vastes quantités de données numériques.
« Nous ne souhaitons pas limiter les applications pour le moment », a déclaré Smalyukh. « Je pense qu'il existe des opportunités de développer cette technologie dans toutes sortes de domaines directs.
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RESUME
Des physiciens créent un nouveau type de cristal temporel visible par les humains.
Imaginez une horloge sans électricité, mais dont les aiguilles et les rouages tourneraient seuls pour l'éternité. Dans une nouvelle étude, des physiciens de l'Université du Colorado à Boulder ont utilisé des cristaux liquides, les mêmes matériaux que ceux utilisés pour l'affichage de votre téléphone, pour créer une telle horloge – ou, du moins, pour s'en rapprocher le plus possible. Cette avancée de l'équipe est un nouvel exemple de « cristal temporel ». C'est le nom d'une étrange phase de la matière où les éléments, comme les atomes ou d'autres particules, sont en mouvement constant.
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COMMENTAIRES
1/D'abord pour mes élèves ;un cristal liquide c est quoi ???
* Les cristaux liquides constituent un état stable de la matière et présentent à la fois les propriétés d'un liquide (fluidité) et les propriétés (optiques) d'un solide cristallin.
C 'est Gilles de Genne qui en a découvert les propriétés
2.A quoi ressemble un cristal temporel ?
Dans certaines circonstances, si vous les éclairez, les cristaux liquides se mettent à tourbillonner et à bouger, suivant des motifs qui se répètent au fil du temps. Au microscope, ces échantillons de cristaux liquides ressemblent à des rayures de tigre psychédéliques et peuvent bouger pendant des heures, à l'image de cette horloge qui tourne sans cesse.
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More information: Hanqing Zhao et al, Space-time crystals from particle-like topological solitons, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1
Journal information: Nature Materials Provided by University of Colorado at Bouler
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