Dans un cristal ordinaire, les atomes sont alignés en rangées régulières, comme des soldats sur un terrain de parade. Toute déviation de cet alignement est généralement considérée comme nuisible : le désordre disperse les ondes et éteint rapidement les mouvements collectifs des particules. Mais dans certains matériaux, on mélange délibérément différents atomes pour obtenir ce qu'on appelle une structure à haute entropie — une sorte de salade composée où chaque type d'atome occupe une place aléatoire. Jusqu'à présent, on pensait que dans un tel mélange, les ondes magnétiques (ondes de spin — oscillations des moments magnétiques des atomes, semblables à la vague dans un stade) devaient rapidement s'atténuer.
Les auteurs ont testé cela sur le composé YBaCuFeO5. Il contient deux atomes magnétiques différents — le cuivre et le fer — avec des moments magnétiques très différents, de sorte que tout changement local de l'ordre affecte immédiatement la dynamique des spins. Grâce à la diffusion inélastique résonante des rayons X (une méthode qui permet de mesurer directement l'énergie et l'impulsion des ondes de spin), les scientifiques ont observé l'inattendu : dans la phase mixte, où le désordre est maximal, les ondes de spin non seulement ne disparaissent pas, mais deviennent plus nettes et plus durables. De plus, elles présentent deux branches bien séparées — acoustique et optique — comme les vibrations sonores dans un réseau, mais avec un grand écart d'énergie entre elles.
Ce paradoxe change notre vision du rôle du désordre dans le magnétisme. Auparavant, on pensait que les modes collectifs cohérents étaient le privilège des systèmes parfaitement ordonnés à faible entropie. Maintenant, il est clair que les aimants à haute entropie peuvent préserver et même renforcer la cohérence. Ce résultat est important pour la spintronique — un domaine où les ondes de spin sont utilisées pour transmettre et traiter l'information sans déplacement de charges, donc avec moins de pertes.
Une onde de spin ressemble à la « vague » des supporters dans un stade : chaque atome ne fait que légèrement dévier son moment magnétique, mais la perturbation se propage à travers le cristal à des vitesses allant jusqu'à plusieurs kilomètres par seconde.