Au début du mois, des physiciens du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont publié une étude dans Nature « Three-dimensional flat bands in pyrochlore metal CaNi2 » (Bandes plates tridimensionnelles dans le métal pyrochlore CaNi2). où ils ont illustré la méthode et les connaissances qui leur ont permis de piéger des électrons dans un cristal pur tridimensionnel.
Le résultat serait déjà extraordinaire, mais le nouvel état dans lequel se trouvent les particules négatives en mouvement permanent révèle un comportement totalement inconnu : L’équipe de recherche, dirigée par Joseph Checkelsky, professeur agrégé de physique et premier auteur de l’étude, a observé comment, une fois piégés, les électrons se stabilisent exactement dans le même état d’énergie et commencent à se comporter comme s’ils étaient des électrons de l’espace. « une seule chose ».
Cet état collectif, que le groupe a appelé « zombie-like »est ce qu’on appelle en physique bande électronique plate et, selon les universitaires, pourrait conduire les électrons à « commencer à percevoir les effets quantiques d’autres électrons et à agir de manière coordonnée au niveau quantique ».
Par certaines manipulations chimiques, les chercheurs ont également démontré qu’ils pouvaient transformer le cristal en supraconducteurc’est-à-dire en un matériau qui conduit l’électricité avec une résistance nulle.
L’équipe a repris une étude de 2018 ( » Des physiciens découvrent un nouveau matériau électronique quantique « .également publié dans Nature), basé sur l’utilisation de l’algorithme kagome, le motif de tissage utilisé dans l’art japonais pour créer des paniers.
Grâce à cette géométrie spécifique, les chercheurs ont pu faire un grand pas en avant par rapport à l’étude précédente, où le kagome avait été utilisé sur des structures 2D et où l’on avait vu que des électrons avaient réussi à s’introduire dans des structures 2D. « s’échapper » entre les deux dimensions, en sautant entre les atomes.
Les universitaires ont ensuite enquêté les faiblesses de cette solution en consultant des bases de données sur les structures des matériaux.et en trouvant finalement dans un configuration géométrique particulière d’atomes, généralement classée comme pyrochloreun type de minéral présentant une symétrique.
En observant la structure tridimensionnelle des atomes de pyrochlore, ils ont constaté que cette aet formait un motif répétitif de cubes, dont la face de chaque cube ressemblait au treillis du kagome.. D’où l’intuition (qui s’est avérée correcte par la suite) qu’une telle cage pouvait piéger les électrons.
La « cage » en 3D où les électrons ont été capturés – crédits à MIT
Les résultats obtenus par cette dernière étude fourniront aux scientifiques de nouveaux moyens d’explorer les états électroniques rares dans les matériaux tridimensionnels. La prédiction est que demain ces matériaux seront utilisés pour des lignes électriques ultra-efficaces, des bits quantiques de supercalculateurs et des appareils électroniques plus rapides et plus intelligents.
« Maintenant que nous savons que nous pouvons créer une bande plate à partir de cette géométrie, nous sommes très motivés pour étudier d’autres structures qui pourraient avoir une nouvelle physique, utile pour devenir la plateforme idéale pour de nouvelles technologies. », a déclaré Checkelsky.
