Découverte d'un nouvel état de la matière avec le Quantum Spin Liquid


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  • Les chercheurs ont découvert la preuve d’un mystérieux état quantique de la matière dans un vrai matériau. Ce nouvel état est connu comme le Quantum Spin liquid. Cet état provoque le fractionnement des électrons en ce qu’on appelle des quasi-particules.


    Les scientifiques ont découvert un nouvel état quantique de la matière appelé Quantum Spin Liquid

    Les scientifiques avaient prédit cet état de la matière dans certains matériaux magnétiques il y a 40 ans, mais en dépit de plusieurs indices sur son existence, on n’avait jamais trouvé la preuve dans la nature. C’est désormais chose faite avec un aperçu de ce Quantum Spin Liquid et les fermions étranges qui l’accompagnent dans un matériau en 2 dimensions similaire au graphène. C’est un nouvel état quantique de la matière, longtemps prédit, mais jamais découvert jusqu’à présent selon Johannes Knolle, un des chercheurs à l’université de Cambridge.

    Le fractionnement des électrons et les fermions de Marojana

    Ils ont été capables de détecter la preuve du Quantum Spin Liquid dans le matériau en observant l’une de ses propriétés les plus intrigantes, le fractionnement de l’électron et sa conséquence avec les fermions de Majorana. Les fermions de Majorana (PDF) se produisent lorsque des électrons dans un état quantique de spin se divisent. Les fermions Majorana sont très intéressants, car on peut les utiliser comme les briques élémentaires des ordinateurs quantiques.

    Pour être clair, les électrons ne se fractionnent pas réellement dans des particules plus petites. Au lieu, le nouvel état de la matière fractionne les électrons en des quasi-particules. Ce ne sont pas des vraies particules, mais des concepts utilisés par les physiciens pour expliquer et calculer le comportement étrange des particules. Et le Quantum Spin Liquid provoque un comportement étrange dans les électrons. Dans un matériau magnétique typique, les électrons se comportent comme des petites barres d’aimants. Et quand le matériau est refroidi à une température suffisante, alors ces électrons, semblables à des aimants, s’organisent sur de longues rangées et les pôles magnétiques du nord pointent vers la même direction.

    Le Quantum Spin Liquid dans un matériau similaire au graphène

    Dans un matériau qui contient un état Quantum Spin Liquid, même si le matériau magnétique est refroidi jusqu’au zéro absolu, les électrons ne s’alignent pas, mais ils forment une soupe intriquée provoquée par des fluctuations quantiques. Jusqu’à présent, on ignorait les empreintes expérimentales d’un Quantum Spin Liquid selon Dmitry Kovrizhin, l’un des chercheurs. Pour observer ce qui se passe, les chercheurs ont travaillé avec une équipe de l’Oak Ridge National Laboratory au Tennessee et ils ont utilisé des techniques pour diffuser des neutrons afin de chercher une preuve du fractionnement de l’électron dans l’alpha-chlorure de ruthénium, un matériau qui est similaire au graphène.

    Cela leur a permis de mesurer les signatures des fermions de Marojana pour la première fois en illuminant le matériau avec des neutrons. Ensuite, ils ont observé le pattern des ondes que les neutrons ont produit lorsqu’ils ont été diffusés depuis l’échantillon. Ces Patterns correspondaient exactement au modèle théorique du Quantum Spin Liquid confirmant que c’est la première fois qu’on voyait ce processus dans un matériau. Ce nouvel état quantique de la matière permet d’envisager de nouvelles possibilités. Et parmi ces dernières, on a l’ordinateur quantique qui se concrétise de plus en plus à mesure qu’on fait ce type de progrès pour comprendre les états quantiques de la matière.

    Source : Nature Materials (Lien complet vers le papier complet via Sci-Hub)

     

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