Du behöver inte vara perfekt organiserad för att få igång en våg, enligt forskare vid University of Chicago.

Med hjälp av en uppsättning gyroskop kopplade samman, fysiker utforskade beteendet hos ett material vars struktur är slumpmässigt arrangerad, istället för ett ordnat galler. De fann att de kunde sätta igång enkelriktade krusningar runt kanterna, ungefär som åskådare på en sportarena - en "topologisk våg, " kännetecknande för ett särskilt ovanligt tillstånd av materia.

Publicerad 15 januari in Naturfysik , Upptäckten ger ny insikt i den kollektiva rörelsens fysik och kan en dag få konsekvenser för elektronik, optik eller annan teknik.

Laget, leds av Assoc. Prof. William Irvine, använde gyroskop – de toppliknande leksakerna du lekte med som barn – som ett modellsystem för att utforska fysiken. Eftersom gyroskop rör sig i tre dimensioner, om du kopplar dem med fjädrar och snurrar dem med motorer, du kan observera alla möjliga saker om reglerna som styr hur föremål rör sig tillsammans.

Två år sedan, teamet observerade ett udda beteende i sina gyroskop:vid vissa frekvenser, de kunde sätta igång en våg som färdades runt materialets kanter bara i en riktning. Det här var konstigt, men hade några motsvarigheter inom andra grenar av fysiken. Det är ett beteende som är karakteristiskt för ett nyligen upptäckt tillstånd av materia som kallas en topologisk isolator.

Men nästa, försöker hitta vilka förhållanden som verkligen var nödvändiga, de modifierade mönstret på gyroskopen. Där innan gyroskopen hade varit snyggt uppradade i rader med lika mellanrum, som gallermönstret i en kristall, Irvine och teamet spred poängen slumpmässigt.

De slog på gyroskopen, och såg fortfarande vågorna.

Detta är oerhört märkligt. Traditionellt, gitterordningen är mycket viktig för fysikaliska egenskaper. Det är lite som att varje gång du slängde en handfull pusselbitar på bordet, det gjorde fortfarande en igenkännlig bild.

"Allt fram till denna punkt var konstruerat. Vi trodde att du måste bygga ett speciellt galler, och det avgör vart vågen går, " sa Irvine. "Men när vi frågade vad som hände om du tog bort den rumsliga ordningen, inget kristallplan, ingen tydlig struktur...svaret är ja. Det bara fungerar."

"Ett kollektivt beteende med lokala rötter är också riktigt intressant eftersom det är ett mycket enklare sätt att tillverka ett material, sa doktoranden Noah Mitchell, den första författaren på tidningen. "Man trodde att den rumsliga ordningen måste koordineras globalt, men det faktum att lokala fastigheter är tillräckliga kan öppna många möjligheter."

Det finns många material i den vardagliga världen som inte har en kristallin struktur, inklusive frigolit, glas, skum, plast och gummi. Fysiken bakom dessa system är mindre förstådd än deras kristallina motsvarigheter, men i takt med att forskarnas förmåga att konstruera dem – inklusive som kvantsystem och metamaterial – växer, de blir alltmer intressanta. Om dessa amorfa material kunde uppvisa några av egenskaperna hos kristaller, det skulle kunna lägga grunden för ny teknik.