A maioria dos materiais, quando visto no nível atômico, vêm em um dos dois tipos. Alguns materiais, como sal de cozinha, são altamente cristalinos, o que significa que os átomos do material estão dispostos em ordem e repetindo padrões geométricos. Outros materiais, como vidro, não exiba tal organização; nesses casos, os átomos estão dispostos no que os cientistas chamam de estrutura amorfa.

Alguns materiais especiais, Contudo, cruze a linha entre cristalino e amorfo. Esses materiais, conhecidos como quasicristais, têm estruturas atômicas que são geometricamente organizadas, mas, ao contrário dos materiais cristalinos, nunca se repetem. Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os cientistas examinaram as redes de material magnético modeladas nessas geometrias únicas e bastante belas para ver como a natureza dos padrões não repetidos leva ao surgimento de efeitos energéticos incomuns.

Os padrões geométricos simples, mas elegantes, dentro de um quasicristal, lembram um vitral ou uma mandala budista. "Os quasicristais são cientificamente interessantes porque sua organização interna cria efeitos que você não vê em outros materiais, "disse a cientista de materiais sênior da Argonne, Amanda Petford-Long, quem conduziu o estudo.

Assim como diferentes pedaços de vidro se juntam ao longo de suas bordas para criar formas e padrões em um vitral, um quasicristal contém junções que definem seu comportamento. Embora as junções em um quasicristal, onde diferentes formas se juntam, possam conter diferentes números de bordas que se cruzam, cada junção dentro de um quasicristal exibe a mesma preferência física básica - estar no estado de energia mais baixo possível. Contudo, porque cada ponto dentro do quasicristal está constantemente interagindo e competindo com seus vizinhos, nem todos os vértices podem estar em seus estados de energia mais baixos ao mesmo tempo.

No experimento, os pesquisadores de Argonne queriam ver como a estrutura do quasicristal respondia ao acréscimo de energia extra. "Estávamos avaliando se poderíamos realmente transferir energia de um lado da rede para o outro, e para visualizar os padrões que surgiram quando tentamos fazer isso, "disse o cientista de materiais de Argonne Charudatta Phatak, outro autor do estudo.

Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que a redistribuição de energia através do quasicristal ocorreu como uma reação em cadeia que se assemelhava aos ramos bifurcados de um raio. Ao contrário de uma rede magnética mais convencional, onde essas "avalanches" de redistribuição de energia ocorrem apenas em uma única direção, a propagação da energia redistribuída por toda a rede assume a aparência de uma árvore.

Os quasicristais podem fornecer um exemplo de sistema que os cientistas estão procurando:uma rede composta de ilhas magnéticas que podem propagar e armazenar informações. O comportamento desses tipos de redes depende da quantidade de energia que é colocada no sistema, de acordo com Phatak.

Compreender os comportamentos energéticos desses tipos de redes é essencial para o desenvolvimento de dispositivos computacionais de próxima geração que podem formar a base de coisas como redes neurais artificiais, que seria capaz de realizar cálculos complexos com consumo de energia muito baixo.