Dans une recherche qui pourrait relancer l’intérêt pour une classe énigmatique de matériaux appelés quasicristaux, des scientifiques ont découvert une méthode simple et flexible pour créer de nouvelles versions atomiquement minces pouvant être ajustées pour des phénomènes importants.
Quasicristaux et twistronique : une rencontre inattendue
Le travail présenté dans l’article réunit deux domaines auparavant non connectés : les quasicristaux et la twistronique. Cette dernière a été initiée au MIT il y a environ cinq ans par Pablo Jarillo-Herrero, professeur de physique au MIT et auteur correspondant de l’article publié dans la revue Nature.
La twistronique : une technique prometteuse
La twistronique implique des couches atomiquement minces de matériaux placées les unes sur les autres. En faisant pivoter, ou tordre, une ou plusieurs des couches à un angle légèrement différent, on crée un motif unique appelé super-réseau de moiré.
Ce motif a un impact sur le comportement des électrons et peut être ajusté pour différents comportements en changeant le nombre d’électrons ajoutés au système.
Vers de nouveaux quasicristaux
Dans le travail actuel, les chercheurs ont travaillé avec un système de moiré composé de trois feuilles de graphène. En superposant trois couches de graphène et en tordant deux des couches à des angles légèrement différents, ils ont créé un quasicristal, une classe inhabituelle de matériaux découverts dans les années 1980.
Les quasicristaux sont à mi-chemin entre un cristal, comme le diamant, qui a une structure répétitive régulière, et un matériau amorphe, comme le verre, où les atomes sont disposés de manière aléatoire.
Une plateforme flexible pour étudier les quasicristaux
La nouvelle plateforme, relativement simple, pourrait changer la manière dont les quasicristaux sont étudiés. Les chercheurs ont réussi à rendre un quasicristal de moiré supraconducteur, c’est-à-dire capable de transmettre un courant sans résistance en dessous d’une certaine température basse.
Les dispositifs supraconducteurs pourraient transférer le courant à travers les dispositifs électroniques beaucoup plus efficacement qu’aujourd’hui, mais le phénomène n’est pas encore totalement compris dans tous les cas.
En synthèse
La découverte d’une méthode simple et flexible pour créer de nouveaux quasicristaux atomiquement minces ouvre la voie à de nouvelles études sur ces matériaux énigmatiques et les phénomènes exotiques qu’ils présentent. La plateforme développée par les chercheurs pourrait permettre d’explorer des applications importantes et de nouvelles avancées en physique, notamment en matière de supraconductivité.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce qu’un quasicristal ?
Un quasicristal est une classe inhabituelle de matériaux découverts dans les années 1980. Ils se situent entre un cristal, qui a une structure répétitive régulière, et un matériau amorphe, où les atomes sont disposés de manière aléatoire.
2. Qu’est-ce que la twistronique ?
La twistronique est un domaine de recherche qui implique des couches atomiquement minces de matériaux placées les unes sur les autres. En faisant pivoter, ou tordre, une ou plusieurs des couches à un angle légèrement différent, on crée un motif unique appelé super-réseau de moiré.
3. Comment les chercheurs ont-ils créé de nouveaux quasicristaux ?
Les chercheurs ont travaillé avec un système de moiré composé de trois feuilles de graphène. En superposant trois couches de graphène et en tordant deux des couches à des angles légèrement différents, ils ont créé un quasicristal.
4. Quelle est l’importance de la supraconductivité ?
La supraconductivité est un phénomène dans lequel les électrons passent à travers un matériau sans résistance. Une meilleure compréhension de la supraconductivité pourrait permettre des dispositifs électroniques beaucoup plus efficaces.
5. Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?
La nouvelle plateforme pour créer des quasicristaux atomiquement minces pourrait permettre d’explorer des applications importantes et de nouvelles avancées en physique, notamment en matière de supraconductivité.
Légende illustration principale : Image d’un quasi-cristal moiré (colonne centrale) créé par trois feuilles superposées de graphène atomiquement fin. Crédit : Sergio C. de la Barrera, Université de Toronto
Les autres auteurs de l’article de Nature sont Raymond C. Ashoori, professeur de physique au MIT ; Mallika T. Randeria, chercheuse au Lincoln Lab du MIT, qui a effectué les travaux en tant que Pappalardo Fellow au MIT (Randeria est également coauteur de l’article) ; Trithep Devakul, professeur adjoint à Stanford, qui a effectué les travaux en tant que chercheur postdoctoral au MIT ; Philip J. D. Crowley, chercheur postdoctoral à Harvard, ainsi que Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi de l’Institut national des sciences des matériaux au Japon.
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06294-z
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