Un seul pulse lumineux peut déclencher un mouvement coordonné de matériaux en couches atomiques ; ce processus dynamique, déclenché par une explosion d’énergie ultra-rapide, ne dure qu’un millionième de milliardième de seconde. Des équipes de l’Université Cornell et de Stanford ont utilisé la diffraction électronique ultra-rapide pour observer pour la première fois le comportement transitoire de torsion synchronisée des atomes dans un matériau à motifs de Moiré sous illumination.

L’équipe a utilisé un diffractomètre électronique ultra-rapide développé à Cornell et le détecteur EMPAD pour observer en temps réel les matériaux en couches atomiques. Lorsqu’un pulse laser frappe l’échantillon, l’instrument émet immédiatement un faisceau d’électrons de haute énergie et enregistre les déplacements atomiques par la méthode pompe-sonde. Les expériences révèlent que les matériaux à motifs de Moiré ne sont pas fixes : leurs couches atomiques s’enroulent brièvement de façon serrée sous la lumière, puis retrouvent leur forme initiale en libérant de l’énergie comme un ruban qui se déroule. Les atomes de chaque maille cristalline présentent un mode de vibration circulaire, bouleversant complètement les conceptions traditionnelles.

« On pensait auparavant que la structure des matériaux empilés était fixe, mais nos données montrent que les atomes sont en mouvement constant », explique l’auteur correspondant Fang Liu. Cette découverte repose sur l’utilisation révolutionnaire du détecteur EMPAD – initialement conçu pour l’imagerie statique et transformé en caméra ultra-sensible pour capturer les dynamiques atomiques. Le système matériel personnalisé de l’équipe a porté la résolution de diffraction à un nouveau niveau, permettant de reconstruire les trajectoires atomiques à partir de diagrammes complexes. Le docteur Cameron Duncan a joué un rôle central dans l’analyse des données grâce à ses algorithmes de modélisation des signaux ultra-rapides.