Les physiciens du MIT, en collaboration avec d’autres chercheurs, ont récemment découvert une nouvelle méthode pour créer un état de matière connu sous le nom de métal étrange. Cette trouvaille, réalisée en manipulant un matériau quantique caractérisé par des atomes disposés en forme d’étoile de shérif, pourrait ouvrir la voie à des avancées dans le domaine des supraconducteurs à haute température.
Les métaux étranges et leur importance
Les métaux étranges suscitent un intérêt particulier en raison de leur physique inhabituelle. Contrairement aux métaux conventionnels comme le cuivre, les électrons dans les métaux étranges se comportent de manière différente, ce qui les rend essentiels pour comprendre les supraconducteurs à haute température.
Joseph G. Checkelsky, principal investigateur de cette recherche et professeur associé de physique, explique : « C’est une nouvelle approche potentielle pour concevoir ces matériaux inhabituels. »
Linda Ye, première auteure de l’article publié dans Nature Physics, souligne l’importance de cette révélation : « Une nouvelle façon de fabriquer des métaux étranges nous aidera à développer une théorie unificatrice de leur comportement. Cela a été très difficile jusqu’à présent et pourrait conduire à une meilleure compréhension d’autres matériaux, y compris les supraconducteurs à haute température. »
Les métaux Kagome
En 2018, Checkelsky et ses collègues ont rapporté des travaux sur une classe de matériaux quantiques connus sous le nom de métaux kagome. Ces matériaux sont composés de couches d’atomes disposées en un réseau de motifs répétitifs, semblables à une étoile de David ou à un insigne de shérif.
Linda Ye explique : « Nous nous intéressions au réseau Kagome parce que la théorie montrait qu’il devrait héberger une variété de caractéristiques intéressantes pour les électrons qui s’y trouvent. »
Dans leur article de 2018, Ye, Checkelsky et leurs collègues ont rapporté que leur nouveau métal Kagome produisait des fermions de Dirac, des particules presque sans masse similaires aux photons qui transportent la lumière.
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À la recherche d’une bande plate
Les chercheurs ont ensuite cherché à découvrir une caractéristique encore plus intéressante dans le réseau Kagome, appelée bande plate. Cette bande permet aux électrons de rester pratiquement immobiles, bien qu’ils continuent de tourner autour de leur propre axe.
En explorant les propriétés électriques du système sous haute pression et champ magnétique, ils ont découvert que les électrons dans la bande plate interagissent fortement avec les autres électrons du système, créant ainsi un métal étrange.
Linda Ye compare ce phénomène à une mer calme qui devient une tempête houleuse lorsque les électrons commencent à interagir entre eux. « Nous savions que la bande plate donnerait quelque chose d’intéressant, mais nous ne savions pas exactement quoi. Et ce que nous avons trouvé est un métal étrange, » dit-elle.
La découverte rapportée dans Nature Physics est le fruit de plusieurs années de recherche. Linda Ye a commencé à explorer les systèmes Kagome autour de 2015. « Cela a été un long projet, » dit-elle. « C’est très gratifiant de construire cela étape par étape et de trouver beaucoup de choses intéressantes en cours de route. »
Légende illustration : Croquis des interactions électroniques à l’intérieur d’un réseau de kagomé qui donnent naissance à un métal étrange. Credit: Paul Neves
Article : « A strange way to get a strange metal » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41567-024-02416-0
