Un mouvement perpétuel qui se répète à l'infini: tel est le spectacle inédit qu'offrent désormais certains matériaux sous un simple rayon lumineux. Leur secret ? Une organisation interne qui se régénère continuellement sans apport d'énergie constante.
Cette prouesse a été obtenue à l'Université du Colorado à Boulder par Hanqing Zhao et Ivan Smalyukh. Les deux physiciens ont mis au point un cristal temporel fabriqué à partir de cristaux liquides, semblables à ceux de nos écrans. Leur travail, publié dans Nature Materials, marque une avancée majeure: ce cristal peut être observé au microscope et, dans certaines conditions, à l'œil nu.
Un cristal temporel vu au microscope.
Crédit: Zhao et Smalyukh, 2025, Nature Materials ;
image CC: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Une idée théorique devenue réalité visible
En 2012, le prix Nobel Frank Wilczek a imaginé une matière dont la régularité ne serait pas spatiale, comme dans le diamant ou le sel, mais temporelle. Les particules y oscilleraient en cycles infinis. Cette hypothèse fut d'abord jugée absurde, car elle semblait contredire les lois thermodynamiques. Pourtant, plusieurs équipes ont depuis produit des systèmes qui s'en rapprochent, notamment grâce à l'informatique quantique.
L'originalité de l'expérience menée à Boulder réside dans le choix d'un matériau accessible. Les cristaux liquides, déjà bien connus pour leur double nature entre fluidité et rigidité, ont servi de support idéal. En les exposant à une lumière spécifique, les chercheurs ont observé l'émergence spontanée de structures dynamiques. Contrairement aux approches quantiques complexes, cette méthode ne requiert pas d'équipement de pointe.
La visibilité directe constitue une avancée inédite. Les motifs observés se déploient comme des bandes colorées mouvantes, rappelant une œuvre d'art cinétique. Cette accessibilité ouvre la voie à des utilisations pratiques jusque-là impensables.
Une simulation informatique révèle le fonctionnement interne d'un cristal temporel. Un faisceau lumineux (flèche bleue) modifie l'orientation des molécules de colorant (bâtonnets rouges), entraînant le mouvement des cristaux liquides situés en dessous.
Crédit: Smalyukh Lab Quand la lumière déclenche la danse de la matière
Pour obtenir ces cristaux temporels, Hanqing Zhao et Ivan Smalyukh ont enfermé des cristaux liquides entre deux plaques de verre recouvertes de colorants sensibles à la lumière. Les échantillons restaient stables tant qu'aucun rayon n'était appliqué. Une fois éclairés, les colorants ont modifié leur orientation et comprimé les molécules voisines.
Cette contrainte a généré des "torsions" internes, comparables à des nœuds difficiles à éliminer. Ces structures se comportent comme des entités autonomes, interagissant entre elles selon des cycles répétitifs. Les chercheurs les comparent à des danseurs évoluant par paires, se séparant et se retrouvant en boucle.
La stabilité observée surprend. Même soumis à des variations de température, les cristaux ont poursuivi leurs mouvements réguliers. La robustesse de ces motifs temporels démontre que le phénomène ne dépend pas de conditions extrêmes, mais repose sur des mécanismes intrinsèques à la matière.