Une équipe de recherche découvre une chiralité électronique commutable dans un supraconducteur Kagome achiral
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Qu’un objet soit indiscernable ou non de son image miroir a des conséquences importantes sur son comportement physique. Supposons que vous regardiez un joueur de basket-ball dans un miroir. Le ballon, le joueur et leur environnement sont, à première vue, les mêmes dans le miroir que dans la vraie vie. Mais si on les observe de près, certains détails sont différents. La balle dans la main droite du joueur apparaît maintenant dans sa main gauche dans le miroir. Bien que l’image miroir montre toujours la même main, elle est clairement passée d’une main gauche à une main droite ou vice versa. De nombreux autres objets physiques ont également des images miroir qui diffèrent par un aspect clé, tout comme les mains, c’est pourquoi les scientifiques les appellent à main ou chiraux (du grec Image = main). D’autres, comme le ballon, ne se distinguent pas de leur image miroir, ce qui les rend achiraux.
La chiralité est l’une des propriétés géométriques les plus fondamentales et joue un rôle particulier en biologie, en chimie et en physique. Cela peut provoquer des effets surprenants : une version de la molécule de carvone, par exemple, produit une odeur de menthe verte, mais son chiral – reflété – sent l’équivalent du carvi. En science des matériaux, on distingue les cristaux dont l’arrangement périodique des atomes est chiral ou non. Si c’est le cas, les électrons et les courants électriques qui y circulent doivent également différer d’une manière ou d’une autre de leur image miroir, une propriété qui peut conduire à des réponses exotiques et à de nouvelles applications.
Un exemple est un effet de type diode où les courants électriques circulant de gauche à droite sont différents de ceux circulant de droite à gauche, une propriété appelée anisotropie magnéto-chirale électronique (eMChA). Jusqu’à présent, ce phénomène n’a été trouvé que dans des cristaux structurellement chiraux. Maintenant, cependant, une équipe de chercheurs d’Allemagne, de Suisse et d’Espagne a rapporté la première observation de ce transport chiral dans un cristal structurellement achiral, le supraconducteur de Kagome CsV3qn5.
L’énigme quantique est aussi simple que profonde : si les positions atomiques dans le cristal sont exactement les mêmes que dans leur image miroir, comment est-il possible que ses électrons ne le soient pas ? Il est clair qu’un nouveau mécanisme au-delà d’un simple effet de forme comme entre nos mains doit être en jeu. Contrairement à la chiralité structurelle, qui est aussi fermement imprimée dans un cristal que dans une main humaine, cette nouvelle chiralité électronique peut être commutée à l’aide de champs magnétiques. La chiralité commutable n’a jamais été observée auparavant et pourrait bien trouver son application dans la technologie future. Il est clair que ce comportement inhabituel est directement lié aux fortes interactions électroniques. L’équipe propose un modèle dans lequel les électrons s’organisent selon des motifs qui violent la symétrie miroir, même si les atomes sont disposés symétriquement. CSV3qn5 est déjà connu pour de nombreuses structures électroniques en interaction, telles que la formation d’un ordre de charge chiral non conventionnel présentant une modulation de charge alléchante. Ces structures électroniques chirales peuvent tourner spontanément, provoquant une réponse magnétique orbitale associée à un comportement connu sous le nom de “courants de boucle”, comme décrit par C. Mielke et al., La nature (2022),
CSV3qn5 semble être un bac à sable fantastique pour sonder les phénomènes quantiques corrélés, y compris le premier exemple de chiralité électronique commutable. Les prochaines étapes comprennent l’augmentation de la plage de fonctionnement de la cryogénie à la température ambiante et l’amélioration de l’ampleur de cette réponse. De toute évidence, beaucoup plus est à venir de systèmes en interaction sur des réseaux géométriquement frustrés.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Institut Max Planck de physique chimique des solides. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
