De flesta material, sett på atomnivå, finns i en av två typer. Några material, som bordsalt, är mycket kristallina, vilket innebär att atomerna i materialet är ordnade i ordnade och upprepande geometriska mönster. Andra material, som glas, visa ingen sådan organisation; i dessa fall, atomerna är ordnade i vad forskare kallar en amorf struktur.

Några specialmaterial, dock, gränslinjen mellan kristallint och amorft. Dessa material, känd som kvasikristaller, har atomstrukturer som är geometriskt organiserade men, till skillnad från kristallina material, upprepar sig aldrig. I en ny studie från US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, forskare tittade på nätverk av magnetiskt material mönstrat i dessa unika och ganska vackra geometrier för att se hur naturen hos de icke -repeterande mönstren leder till uppkomsten av ovanliga energiska effekter.

De enkla men eleganta geometriska mönstren i en kvasikristall påminner om ett målat fönster eller en buddhistisk mandala. "Kvasikristaller är vetenskapligt intressanta eftersom deras interna organisation skapar effekter som du inte ser i andra material, "sade Argonne senior materialvetare Amanda Petford-Long, som ledde studien.

Precis som olika glasbitar samlas längs kanterna för att skapa former och mönster i ett glasmålningsfönster, en kvasikristall innehåller korsningar som definierar dess beteende. Även om korsningarna i en kvasikristall där olika former möts kan innehålla olika antal skärande kanter, varje korsning inom en kvaskristall uppvisar samma grundläggande fysiska preferenser - att vara i det lägsta energitillståndet möjligt. Dock, eftersom varje punkt i kvasikristallen ständigt interagerar och konkurrerar med sina grannar, inte alla hörn kan vara i sina lägsta energilägen samtidigt.

I experimentet, Argonne -forskarna ville se hur kvasikristallens struktur reagerade på att lägga till lite extra energi. "Vi tittade på om vi faktiskt kunde överföra energi från ena sidan av gallret till den andra, och för att se vilka mönster som uppstod när vi försökte göra det, "sade Argonne materialvetare Charudatta Phatak, en annan författare till studien.

Till deras förvåning, forskarna upptäckte att omfördelningen av energi genom kvasikristallen skedde som en kedjereaktion som liknade de gafflade grenarna av ett blixtnedslag. Till skillnad från ett mer konventionellt magnetiskt gitter, där dessa "laviner" av energidistribution endast sker en enda riktning, spridningen av omfördelad energi genom gallret får ett trädliknande utseende.

Kvasikristaller kan ge ett exempel på ett system som forskare har letat efter:ett nätverk som består av magnetiska öar som kan sprida och lagra information. Beteendet hos dessa typer av nätverk beror på mängden energi som läggs i systemet, enligt Phatak.

Att förstå det energiska beteendet hos dessa typer av nätverk är viktigt för utvecklingen av nästa generations beräkningsenheter som kan utgöra grunden för saker som artificiella neurala nätverk, som skulle kunna utföra komplexa beräkningar med mycket låg energiförbrukning.