Chaque atome dans un aimant est comme une minuscule aiguille de boussole. Ces aiguilles peuvent pointer dans différentes directions, et de leur danse collective dépendent les propriétés de tout le matériau. Mais calculer cette danse directement, atome par atome, est une tâche herculéenne, même pour les superordinateurs.
Le nouveau modèle, nommé STEP, endosse le rôle de chef d'orchestre. Il n'essaie pas de calculer chaque mouvement, mais apprend à saisir les règles selon lesquelles les aiguilles magnétiques interagissent avec le squelette du cristal (son réseau). STEP traite les moments magnétiques comme des grandeurs continues et construit pour eux une description mathématique particulière. Celle-ci ne dépend pas de la rotation de l'ensemble du système — tout comme une bonne boussole indique toujours le nord, quelle que soit la façon dont on la tourne.
STEP ne se contente pas de répéter ce qu'il a appris. Il capture des interactions magnétiques subtiles qui échappaient auparavant aux calculs. Par exemple, pour le composé Fe₂Mo₃O₈, le modèle a décrit pour la première fois quantitativement comment les ondes magnétiques se mélangent aux vibrations du réseau pour former des particules hybrides — les polarons de magnon. De plus, des simulations de chauffage ont permis de calculer avec précision la température de Curie (le point où un aimant perd ses propriétés) pour le chrome et le fer — les chiffres correspondent à l'expérience.
Cette approche économise des ressources de calcul et ouvre la voie à la conception de nouveaux matériaux magnétiques sans avoir à énumérer toutes les possibilités. STEP n'est pas simplement un calculateur rapide, mais un modèle doté d'une intuition physique, qui comprend comment les aiguilles des atomes obéissent les unes aux autres et au cristal environnant.
La température de Curie pour le fer est de 1043 kelvins (environ 770 °C). Au-dessus de ce point, le fer cesse d'être un aimant, même s'il reste solide.