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Nanotechnology Now – Communiqué de presse : Matériaux quantiques : Spin électronique mesuré pour la première fois

Horodatage : 25 juin 2023 10:20 PM
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Republié par Platon

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Trois perspectives de la surface sur laquelle se déplacent les électrons. A gauche, le résultat expérimental, au centre et à droite la modélisation théorique. Les couleurs rouge et bleu représentent une mesure de la vitesse des électrons. La théorie et l'expérience reflètent la symétrie du cristal, très similaire à la texture des paniers traditionnels japonais "kagome" CRÉDIT
Université de Bologne

Résumé:
Une équipe de recherche internationale a réussi pour la première fois à mesurer le spin des électrons dans la matière – c'est-à-dire la courbure de l'espace dans lequel les électrons vivent et se déplacent – au sein des « matériaux kagomes », une nouvelle classe de matériaux quantiques.

Matériaux quantiques : Spin électronique mesuré pour la première fois

Bologne, Italie | Publié le 9 juin 2023

Les résultats obtenus - publiés dans Nature Physics - pourraient révolutionner la manière dont les matériaux quantiques sont étudiés à l'avenir, ouvrant la porte à de nouveaux développements dans les technologies quantiques, avec des applications possibles dans une variété de domaines technologiques, des énergies renouvelables à la biomédecine, de l'électronique à la ordinateurs quantiques.

Le succès a été obtenu grâce à une collaboration internationale de scientifiques, à laquelle Domenico Di Sante, professeur au Département de physique et d'astronomie "Augusto Righi", a participé pour l'Université de Bologne dans le cadre de son projet de recherche Marie Curie BITMAP. Il a été rejoint par des collègues du CNR-IOM Trieste, de l'Université Ca' Foscari de Venise, de l'Université de Milan, de l'Université de Würzburg (Allemagne), de l'Université de St. Andrews (Royaume-Uni), du Boston College et de l'Université de Santa Barbara (États-Unis).

Grâce à des techniques expérimentales avancées, utilisant la lumière générée par un accélérateur de particules, le Synchrotron, et grâce aux techniques modernes de modélisation du comportement de la matière, les chercheurs ont pu pour la première fois mesurer le spin des électrons, lié au concept de topologie.

"Si nous prenons deux objets comme un ballon de football et un beignet, nous remarquons que leurs formes spécifiques déterminent des propriétés topologiques différentes, par exemple parce que le beignet a un trou, alors que le ballon de football n'en a pas", explique Domenico Di Sante. "De même, le comportement des électrons dans les matériaux est influencé par certaines propriétés quantiques qui déterminent leur rotation dans la matière dans laquelle ils se trouvent, à l'instar de la façon dont la trajectoire de la lumière dans l'univers est modifiée par la présence d'étoiles, de trous noirs, d'obscurité. la matière et l'énergie noire, qui courbent le temps et l'espace.

Bien que cette caractéristique des électrons soit connue depuis de nombreuses années, personne n'avait jusqu'à présent pu mesurer directement ce « spin topologique ». Pour y parvenir, les chercheurs ont exploité un effet particulier appelé « dichroïsme circulaire » : une technique expérimentale spéciale qui ne peut être utilisée qu'avec une source synchrotron, qui exploite la capacité des matériaux à absorber la lumière différemment selon leur polarisation.

Les chercheurs se sont particulièrement intéressés aux "matériaux kagome", une classe de matériaux quantiques qui doivent leur nom à leur ressemblance avec le tissage de fils de bambou entrelacés qui composent un panier traditionnel japonais (appelé, en effet, "kagome"). Ces matériaux révolutionnent la physique quantique et les résultats obtenus pourraient nous aider à en savoir plus sur leurs propriétés magnétiques, topologiques et supraconductrices particulières.

« Ces résultats importants ont été possibles grâce à une forte synergie entre la pratique expérimentale et l'analyse théorique », ajoute Di Sante. « Les chercheurs théoriques de l'équipe ont utilisé des simulations quantiques sophistiquées, uniquement possibles avec l'utilisation de superordinateurs puissants, et ont ainsi guidé leurs collègues expérimentateurs vers la zone spécifique du matériau où l'effet de dichroïsme circulaire pouvait être mesuré.

L'étude a été publiée dans Nature Physics sous le titre "Flat band separation and robust spin Berry curvature in bilayer kagome metals". Le premier auteur de l'étude est Domenico Di Sante, chercheur au Département de Physique et d'Astronomie "Augusto Righi" de l'Université de Bologne. Il a travaillé avec des chercheurs du CNR-IOM de Trieste, de l'Université Ca' Foscari de Venise, de l'Université de Milan, de l'Université de Würzburg (Allemagne), de l'Université de St. Andrews (Royaume-Uni), du Boston College et de l'Université de Santa Barbara (États-Unis).

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