Un cristal transparent peut créer tout seul, à l'intérieur de sa matière, un étonnant réseau microscopique. Il ressemble à un tissu dont les fils se croisent en passant les uns au-dessus des autres. Mieux encore, certaines parties peuvent être réorganisées avec un laser. Ce comportement pourrait un jour servir à manipuler ou stocker de l'information avec la lumière.
Le matériau étudié porte le nom de KTN:Li. Il contient notamment du potassium, du tantale, du niobium et du lithium. Sa particularité apparaît lorsqu'il refroidit suffisamment. De petites zones du cristal adoptent alors chacune une orientation électrique particulière. Les physiciens appellent ces zones des « domaines ».
Démêlage induit par laser de la structure du "domaine".
Pour faire apparaître le réseau, l'équipe a refroidi lentement le cristal. Le changement se produit autour de 292 K, soit environ 19 °C. Environ 2 °C plus bas, donc vers 17 °C, les domaines commencent à prendre une forme inhabituelle. Au lieu de rester simplement côte à côte, ils forment des filaments qui s'entrecroisent dans les trois dimensions du cristal.
Le résultat évoque réellement un tissage à une échelle minuscule.
À chaque croisement, un filament peut passer au-dessus ou au-dessous d'un autre. L'organisation n'est pas identique partout et ne suit pas un motif parfaitement répété. Si le cristal est réchauffé puis refroidi une nouvelle fois, un autre arrangement apparaît. En revanche, une fois le réseau formé et la température maintenue, sa structure est restée stable pendant les expériences, jusqu'à six heures.
Pour vérifier que les filaments ne donnaient pas seulement une illusion de croisement sur une image plane, les scientifiques ont observé différentes profondeurs du cristal. Ils ont ainsi reconstitué le réseau en trois dimensions. D'autres mesures ont permis de déterminer comment les différentes zones étaient orientées électriquement et comment elles se rejoignaient.
Cette façon de s'entrelacer aide le réseau à rester en place. Pour modifier une partie, il ne suffit pas qu'elle change légèrement d'orientation : certains croisements doivent aussi être défaits. La forme même du réseau lui apporte donc une certaine stabilité. En physique, ce type de résistance liée à l'organisation géométrique est appelé « protection topologique ».
Cette stabilité n'empêche toutefois pas d'agir sur le cristal. Les chercheurs ont utilisé un laser vert d'une longueur d'onde de 514 nm. En visant une petite zone, ils ont réussi à défaire localement certains entrelacements et à réorganiser les domaines. Un laser infrarouge à 1040 nm n'a pas provoqué le même effet. Aucun dommage irréversible du cristal n'a été détecté pendant ces observations.
Pouvoir conserver une organisation stable, puis la modifier précisément avec de la lumière, intéresse notamment la recherche sur les mémoires photoniques. Dans ces dispositifs, la lumière participerait au stockage ou au traitement de l'information. Les auteurs envisagent aussi des recherches sur des systèmes inspirés des réseaux de neurones. Pour l'instant, il s'agit d'un phénomène observé en laboratoire : la prochaine étape consiste à apprendre à créer et contrôler ces réseaux de manière suffisamment précise pour en faire un véritable dispositif.