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Un phénomène `` exotique '' récemment découvert ouvre la voie aux dispositifs quantiques

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Un phénomène physique exotique connu sous le nom d'anomalie de Kohn a été découvert pour la première fois dans un type de matériau inattendu par des chercheurs du MIT.

Les scientifiques disent que les résultats pourraient fournir de nouvelles informations sur certains processus fondamentaux qui déterminent les interactions électroniques complexes sous le capot de plusieurs de nos appareils électroniques.

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À son tour, cela pourrait conduire au développement de matériaux dotés de nouvelles propriétés thermiques ou électroniques [qui sont] si nouvelles que nous avons besoin de temps pour réfléchir à ce qu’ils peuvent faire », déclare Brent Fultz, professeur de science des matériaux et de physique appliquée à Caltech, qui n'a pas participé à l'étude.

Etudier les interactions électroniques

Les processus physiques qui ont lieu à l'intérieur de nombreux appareils électroniques sont déterminés par des interactions entre électrons et phonons - qui sont, essentiellement, une onde de vibrations traversant un matériau cristallin.

Parmi les processus que ces interactions affectent figurent la manière dont les matériaux résistent au courant électrique, ainsi que la température à laquelle certains matériaux deviennent supraconducteurs et les exigences de très basse température pour les ordinateurs quantiques.

Le problème est que les interactions électron-phonon ont été incroyablement difficiles à étudier en détail en raison du fait qu'elles sont très faibles et difficiles à lire.

Dans le but d'étudier ces interactions avec plus de clarté, une équipe de chercheurs du MIT a induit une anomalie de Kohn, que l'on pensait auparavant n'exister que dans les métaux, dans un matériau exotique appelé semi-métal Weyl topologique.

Cette découverte pourrait aider à faire la lumière sur les interactions complexes entre les électrons et les photons, selon l'équipe, aidant à la recherche de nouveaux matériaux pour les ordinateurs avancés.

Un mariage de théorie et d'observation

L'étude, basée à la fois sur des prédictions théoriques et des observations expérimentales, a été publiée cette semaine dans la revueLettres d'examen physique.

Les anomalies de Kohn ont été découvertes pour la première fois dans les années 1950 par le physicien Walter Kohn. Ils reflètent un changement soudain, parfois appelé ondulation ou pli, dans le graphique qui décrit un paramètre physique appelé fonction de réponse électronique.

Cette soudaine discontinuité reflète un changement dans la capacité des électrons à protéger les phonons. Cela peut provoquer des instabilités dans la propagation des électrons à travers le matériau et peut conduire à un certain nombre de nouvelles propriétés électroniques.

Pour mesurer ces interactions précises, l'équipe a utilisé des sondes avancées de diffusion de neutrons et de rayons X dans trois laboratoires nationaux - Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory et le National Institute of Standards and Technology - pour examiner le comportement du matériau au phosphure de tantale.

"Nous avons prédit qu'il y avait une anomalie de Kohn dans le matériau uniquement basée sur la théorie pure", a expliqué le professeur Mingda Li dans un communiqué de presse. En utilisant les calculs, «nous pourrions guider les expériences jusqu'au point où nous voulons rechercher le phénomène, et nous voyons un très bon accord entre la théorie et les expériences.»

Martin Greven, professeur de physique à l'Université du Minnesota qui n'a pas participé à cette recherche, dit que ce travail «a une ampleur et une profondeur impressionnantes, couvrant à la fois une théorie sophistiquée et des expériences de diffusion. Elle innove dans la physique de la matière condensée, en ce qu'elle établit un nouveau type d'anomalie de Kohn.

Une meilleure compréhension des couplages électron-phonon, via cette nouvelle observation de l'anomalie de Kohn, pourrait aider à ouvrir la voie au développement de matériaux, tels que de meilleurs supraconducteurs à haute température ou des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, selon l'équipe de recherche.

«Je pense que cela pourrait nous amener à mieux comprendre les processus qui sous-tendent certains de ces matériaux qui sont très prometteurs pour l'avenir», déclare Andrejevic, qui, avec le chercheur scientifique Fei Han, était co-auteur principal de l'article.

En élargissant notre compréhension de ces matériaux exotiques, nous pouvons voir des avancées encore inconnues dans des domaines tels que l'informatique quantique, qui promet de révolutionner la façon dont nous interagissons avec le monde numérique.


Voir la vidéo: Les astronomes et la lumière, une longue et belle histoire. (Juillet 2022).


Commentaires:

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