Dans le monde fascinant de la physique quantique, une équipe de chercheurs aux États-Unis, a confirmé la présence d’un comportement de liquide de spin quantique (QSL) dans un nouveau matériau, le KYbSe2. Cette découverte pourrait permettre la construction de supraconducteurs de haute qualité et de composants pour l’informatique quantique.
Le liquide de spin quantique, un état de la matière inhabituel contrôlé par les interactions entre les atomes magnétiques intrinsèquement liés appelés spins, se distingue par sa capacité à stabiliser l’activité quantique mécanique dans le KYbSe2 et d’autres délafossites. Ces matériaux sont appréciés pour leurs réseaux triangulaires en couches et leurs propriétés prometteuses.
Les chercheurs associés au Quantum Science Center ont étudié le réseau triangulaire de divers matériaux à la recherche du comportement QSL. « L’un des avantages de celui-ci est que nous pouvons facilement échanger des atomes pour modifier les propriétés du matériau sans altérer sa structure, ce qui le rend assez idéal d’un point de vue scientifique », a indiqué Allen Scheie, membre du QSC et auteur principal de l’étude.
Des techniques variées pour une découverte majeure
En utilisant une combinaison de techniques théoriques, expérimentales et computationnelles, l’équipe a observé plusieurs caractéristiques des QSL : l’intrication quantique, les quasi-particules exotiques et le bon équilibre des interactions d’échange, qui contrôlent comment un spin influence ses voisins.
En examinant la dynamique de spin du KYbSe2 avec le spectromètre à neutrons froids du Source de Neutrons Spallation de l’ORNL, et en comparant les résultats à des modèles théoriques fiables, les chercheurs ont trouvé des preuves que le matériau était proche du point critique quantique où les caractéristiques du QSL prospèrent.
Vers une meilleure compréhension des QSL
« Acquérir une meilleure compréhension des QSL est vraiment significatif pour le développement des technologies de prochaine génération », a ajouté Alan Tennant, professeur de physique et de science des matériaux et d’ingénierie à l’UTK qui dirige un projet de magnétisme quantique pour le QSC.
Bien que le KYbSe2 ne soit pas un véritable QSL, le fait qu’environ 85% du magnétisme fluctue à basse température signifie qu’il a le potentiel de le devenir. Les chercheurs anticipent que de légères modifications de sa structure ou une exposition à une pression externe pourraient potentiellement l’aider à atteindre 100%.
En synthèse
La découverte du comportement du liquide de spin quantique dans le matériau KYbSe2 marque une étape importante dans la recherche en physique quantique. Cette étude, qui s’aligne avec les priorités du QSC, pourrait avoir des implications significatives pour le développement de l’électronique quantique, des aimants quantiques et d’autres dispositifs quantiques actuels et futurs.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le liquide de spin quantique (QSL) ?
Le liquide de spin quantique est un état de la matière contrôlé par les interactions entre les atomes magnétiques intrinsèquement liés appelés spins.
Qu’est-ce que le KYbSe2 ?
Le KYbSe2 est un nouveau matériau dans lequel a été confirmée la présence d’un comportement de liquide de spin quantique.
Qu’est-ce que le point critique quantique ?
Le point critique quantique est le point où les caractéristiques du liquide de spin quantique prospèrent.
Qu’est-ce que le Quantum Science Center (QSC) ?
Le Quantum Science Center est un centre de recherche basé au Laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’énergie des États-Unis.
Quelles sont les implications de cette découverte ?
Cette découverte pourrait avoir des implications significatives pour le développement de l’électronique quantique, des aimants quantiques et d’autres dispositifs quantiques actuels et futurs.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Le liquide de spin quantique est un nouvel état de la matière. |
| 2. Le KYbSe2 est un matériau dans lequel a été confirmée la présence d’un comportement de QSL. |
| 3. Le point critique quantique est le point où les caractéristiques du QSL prospèrent. |
| 4. Le Quantum Science Center est un centre de recherche basé au Laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’énergie des États-Unis. |
| 5. Cette découverte pourrait avoir des implications significatives pour le développement de l’électronique quantique, des aimants quantiques et d’autres dispositifs quantiques actuels et futurs. |
| 6. Le KYbSe2 a le potentiel de devenir un véritable QSL. |
| 7. Les chercheurs anticipent que de légères modifications de la structure du KYbSe2 ou une exposition à une pression externe pourraient potentiellement l’aider à atteindre 100% de comportement QSL. |
| 8. Les chercheurs du QSC prévoient de mener des études parallèles et des simulations sur les matériaux délafossites. |
| 9. Les chercheurs ont établi un protocole sans précédent qui peut également être appliqué à l’étude d’autres systèmes. |
| 10. Les chercheurs visent à accélérer la recherche de véritables QSL. |
Références
Légende illustration principale : Illustration du réseau examiné par Phil Anderson au début des années 70. Représentées par des ellipses vertes, les paires de particules quantiques fluctuent entre de multiples combinaisons pour produire un état de liquide de spin. Crédit : Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, U.S. Dept. of Energy
Article publié dans Nature Physics par une équipe de chercheurs associée au Quantum Science Center, basé au Laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’énergie des États-Unis. « Proximate spin liquid and fractionalization in the triangular antiferromagnet KYbSe2 » – DOI: 10.1038/s41567-023-02259-1
