Des scientifiques spécialisés dans le domaine quantique ont mis en lumière un phénomène rare qui pourrait être la clé de la création d’un interrupteur idéal pour les dispositifs quantiques, capable de basculer entre un état d’isolant et de supraconducteur.
Le bronze pourpre : un métal unique
La recherche, dirigée par l’Université de Bristol et publiée dans la revue Science, a révélé que ces deux états électroniques opposés existent au sein du bronze pourpre, un métal unidimensionnel unique composé de chaînes individuelles d’atomes conducteurs.
De minuscules modifications dans le matériau, par exemple déclenchées par un petit stimulus comme la chaleur ou la lumière, peuvent provoquer une transition instantanée d’un état isolant avec une conductivité nulle à un état de supraconducteur avec une conductivité illimitée, et vice versa. Cette polyvalence polarisée, connue sous le nom de ‘symétrie émergente’, a le potentiel d’offrir un interrupteur On/Off idéal dans les futurs développements de la technologie quantique.
Un voyage remarquable de 13 ans
L’auteur principal, Nigel Hussey, professeur de physique à l’Université de Bristol, a déclaré : « C’est une découverte vraiment passionnante qui pourrait fournir un interrupteur parfait pour les dispositifs quantiques de demain. Le voyage remarquable a commencé il y a 13 ans dans mon laboratoire lorsque deux étudiants en doctorat, Xiaofeng Xu et Nick Wakeham, ont mesuré la magnétorésistance – le changement de résistance causé par un champ magnétique – du bronze pourpre. »
En l’absence de champ magnétique, la résistance du bronze pourpre dépendait fortement de la direction dans laquelle le courant électrique est introduit. Sa dépendance à la température était également plutôt compliquée.
Autour de la température ambiante, la résistance est métallique, mais à mesure que la température baisse, cela s’inverse et le matériau semble se transformer en isolant. Puis, aux températures les plus basses, la résistance chute à nouveau alors qu’elle passe à un état de supraconducteur.
Une rencontre fortuite
En 2017, le professeur Hussey travaillait à l’Université Radboud et a vu une annonce pour un séminaire du physicien Dr Piotr Chudzinski sur le sujet du bronze pourpre. À l’époque, peu de chercheurs consacraient un séminaire entier à ce matériau peu connu, donc son intérêt a été piqué.
Le Dr Chudzinski s’est demandé si, plutôt que de se transformer complètement en isolant, l’interaction entre les porteurs de charge et les excitons qu’il avait introduits plus tôt pourrait faire en sorte que les premiers se dirigent vers la frontière entre les états isolant et supraconducteur à mesure que la température baisse. À la frontière elle-même, la probabilité que le système soit un isolant ou un supraconducteur est essentiellement la même.
Pour vérifier si la théorie tenait la route, un autre doctorant, Maarten Berben, travaillant à l’université de Radboud, a étudié une centaine de cristaux supplémentaires, certains isolants et d’autres supraconducteurs.
Le professeur Hussey a ajouté : « Après l’effort herculéen de Maarten, l’histoire était complète et la raison pour laquelle les différents cristaux présentaient des états fondamentaux si différents est devenue évidente. À l’avenir, il pourrait être possible d’exploiter cette « nervosité » pour créer des interrupteurs dans les circuits quantiques, où de minuscules stimuli induisent des changements profonds, de l’ordre de la magnitude, dans la résistance de l’interrupteur ».
En synthèse
En somme, cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles avancées dans le domaine de la technologie quantique. La symétrie émergente observée dans le bronze pourpre pourrait permettre la création d’interrupteurs quantiques idéaux, capables de basculer instantanément entre des états d’isolant et de supraconducteur. Cela pourrait avoir des implications significatives pour le développement de dispositifs quantiques futurs.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que le bronze pourpre ?
Le bronze pourpre est un métal unidimensionnel unique composé de chaînes individuelles d’atomes conducteurs. Il présente des propriétés électroniques intéressantes, notamment la capacité de basculer entre un état d’isolant et de supraconducteur.
2. Qu’est-ce que la symétrie émergente ?
La symétrie émergente est un phénomène rare dans lequel un matériau présente une polyvalence polarisée, permettant de basculer instantanément entre des états opposés, tels que l’isolant et le supraconducteur, sous l’effet de petits stimuli.
3. Comment cette découverte pourrait-elle être utilisée dans la technologie quantique
La symétrie émergente observée dans le bronze pourpre pourrait permettre la création d’interrupteurs quantiques idéaux, capables de basculer instantanément entre des états d’isolant et de supraconducteur, offrant ainsi un interrupteur On/Off idéal pour les futurs développements de la technologie quantique.
4. Quel a été le rôle du Dr Piotr Chudzinski dans cette découverte ?
Le Dr Piotr Chudzinski a proposé que l’interaction entre les porteurs de charge et les excitons pourrait expliquer le comportement inhabituel du bronze pourpre. Il a également contribué à élaborer des expériences pour tester cette théorie, confirmant ainsi l’existence de la symétrie émergente dans le matériau.
5. Quelles sont les prochaines étapes pour cette recherche ?
Les chercheurs continueront à étudier le bronze pourpre et ses propriétés uniques, en explorant comment exploiter la symétrie émergente pour créer des interrupteurs quantiques et d’autres dispositifs quantiques avancés.
Principaux enseignements
| Description |
|---|
| Le bronze pourpre est un métal unidimensionnel unique. |
| La symétrie émergente est un phénomène rare permettant de basculer entre des états opposés. |
| Le bronze pourpre présente des propriétés électroniques intéressantes, notamment la capacité de basculer entre un état d’isolant et de supraconducteur. |
| La découverte pourrait permettre la création d’interrupteurs quantiques idéaux. |
| Le Dr Piotr Chudzinski a contribué à élaborer des expériences pour tester la théorie de la symétrie émergente. |
| La recherche a été dirigée par l’Université de Bristol et publiée dans la revue Science. |
| Les chercheurs ont étudié 100 cristaux individuels pour comprendre le comportement du bronze pourpre. |
| La découverte a été faite après 13 ans de recherche et 7 ans de données inexploitées. |
| Les chercheurs continueront à étudier le bronze pourpre et ses propriétés uniques. |
| La symétrie émergente pourrait avoir des implications significatives pour le développement de dispositifs quantiques futurs. |
Références
Légende illustration principale : L’image montre une représentation de la symétrie émergente, avec une gouttelette d’eau parfaitement symétrique émergeant d’une couche de neige. Les cristaux de glace dans la neige, en revanche, ont une forme complexe et donc une symétrie inférieure à celle de la goutte d’eau. La couleur violette indique le matériau en bronze violet dans lequel ce phénomène a été découvert. Crédit : Université de Bristol
Article : « ‘Emergent symmetry in a low-dimensional superconductor on the edge of Mottness » by P. Chudzinski et al. in Science.
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