La découverte des «ordres cachés», des modèles d'organisation dans des matériaux qui ne peuvent pas être détectés à l'aide d'outils de mesure conventionnels, peuvent donner des informations précieuses, qui peuvent à leur tour soutenir la conception de nouveaux matériaux avec des propriétés et des caractéristiques avantageuses. Les ordres cachés qui condensés des physiciens espèrent découvrir se trouvent dans les ondes dits de densité de charge (CDW).
Les CDW sont des modulations d'ondes périodiques de la charge électronique à l'intérieur d'un cristal. Il a été constaté que les CDW en terres en terres rare contenant du tellurium et d'autres éléments rare-terrains donnent parfois naissance à des phénomènes physiques inhabituels qui ne sont pas observés en l'absence de ces états de matière en forme d'onde.
Des chercheurs du Boston College, de l'Université Cornell et d'autres instituts ont récemment observé un ordre ferroaxial dans les Tellurides de la Terre rare qui semble provenir d'une combinaison de modèles orbitaux et de charge couplés.
Leur article, publié dans Physique de la natureOutils expérimentaux combinés de manière unique pour dévoiler des symétries brisées subtiles dans les matériaux quantiques.
« Mon groupe est depuis longtemps intéressé à comprendre comment détecter et comprendre les phases émergentes de la matière », a déclaré à Issues.fr Ken Burch, auteur principal du journal et professeur de physique de Rourke au Boston College.
« Notre approche a été de se concentrer sur les nouveaux quasiparticules qu'ils produisent et d'étudier leurs propriétés comme un moyen de les identifier et de les comprendre de manière unique. »
Il y a trois ans, Burch et ses collègues ont détecté le tout premier mode axial Higgs (c'est-à-dire un type unique de vibration collective de l'ordre électronique d'un matériau) dans un système CDW. Ces types de vibrations collectives peuvent émerger lorsque les systèmes entrent dans de nouvelles phases de matière.
« Le mode que nous avons observé avait également une » maindence « et nous nous sommes mis à découvrir pourquoi », a déclaré Burch. « Ce document a été notre effort pour comprendre ce que les symétries cachées avaient été brisées et quelle en était la cause. »
Dans le cadre de leur étude, Burch et ses collègues ont effectué diverses expériences optiques. Dans ces expériences, ils ont observé que la couleur et la polarisation de la lumière sortant de leur échantillon diffèrent de ce qu'elles étaient lorsque la lumière est entrée dans l'échantillon.
« En mesurant soigneusement le changement par rapport à la rotation du cristal, nous pourrions découvrir les symétries brisées », a expliqué Burch.
« Nous avons également examiné des couleurs spécifiques qui découvrent si le changement était principalement électronique ou dans les atomes. Les expériences optiques pointent clairement vers une origine électronique. Nous avons en outre testé cela en regardant avec un microscope électronique, qui a révélé que le composant » ferroaxial « était extrêmement faible dans le réseau, prouvant ainsi qu'il était d'origine électronique. »
Après avoir observé un ordre ferroaxial dans leur échantillon de Telluride en terres rares et déterminé qu'il était d'origine électronique, les chercheurs ont collecté des mesures de relaxation de spin Muon.
Ces mesures leur ont permis de confirmer que la main (c'est-à-dire l'orientation ou la direction préférée) dans le système n'est pas émergé d'un renversement de temps brisé (c'est-à-dire des électrons qui circulent en cercle dans un aimant).
Dans l'ensemble, cette étude récente démontre le potentiel de sonder les phases cachées de la matière dans les matériaux en étudiant les symétries de quasiparticules émergents en leur sein.
À l'avenir, les résultats de l'équipe pourraient aider à améliorer les modèles théoriques en physique de la matière condensée, tout en inspirant potentiellement d'autres efforts expérimentaux similaires.
« Notre article établit une croyance à long terme que les modes Higgs en particulier pourraient fournir des signatures sans ambiguïté de telles phases et nous aider à comprendre leurs origines (par exemple, magnétique, réseau, électronique, etc.) », a ajouté Burch.
« Nous travaillons maintenant à comprendre comment réaliser des domaines ferroaxiaux uniques, et comment cet ordre affecte les autres propriétés électroniques de ces matériaux. En particulier, leur transport électronique et leurs réponses non linéaires. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
