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Les scientifiques ont découvert une nouvelle forme de matière, “l’excitonium”

Les scientifiques ont découvert une nouvelle forme de matière, “l’excitonium”

L’excitonium, une forme étrange de matière qui a d’abord été théorisée il y a près de 50 ans, a aujourd’hui été découverte par des chercheurs.

Qu’est-ce que l’excitonium? C’est un condensat plutôt exotique qui présente des phénomènes quantiques macroscopiques comme un supraconducteur ou un superfluide. Il se compose d’excitons, des particules formées par un couplage improbable d’un électron libre et du trou qu’il laisse derrière lui. Le trou se comporte en fait comme une particule chargée positivement. Il attire un électron et ensemble ils forment la particule composite appelée exciton.

Dans leurs expériences sur des cristaux non dopés du dichalcogénure de titane diséléniure de dichalcogénure de métal de transition (1T-TiSe2), les chercheurs ont pu observer le matériau et son précurseur, la phase plasmonique douce, qui porte le sobriquet de “pistolet fumant” qui prouve l’existence de l’excitonium. La phase précurseur émerge lorsque le matériau approche de sa température critique.

Les scientifiques ont reproduit leurs résultats 5 fois sur différents cristaux clivés au cours des essais, ce qui a permis d’accroître la fiabilité de l’étude.

Ils ont notamment mis au point une nouvelle technique appelée Spectromètre de pertes d’énergie d’électrons à haute résolution (HREELS) suffisamment sensible pour distinguer le nouveau matériau de la phase de Peierls, une substance non apparentée ayant la même symétrie.

Le professeur de physique Peter Abbamonte (au centre) travaille avec les étudiants des cycles supérieurs Anshul Kogar (à droite) et Mindy Rak (à gauche) dans son laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz. Photo par L. Brian Stauffer, Université de l’Illinois à Urbana-Champaign.

La recherche a été menée par Peter Abbamonte de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, en collaboration avec les étudiants des cycles supérieurs Anshul Kogar et Mindy Rak, et en recevant des contributions de collègues de l’Illinois, l’Université de Californie, Berkeley, et l’Université d’Amsterdam.

Abbamonte replace leur découverte dans un contexte historique:

“Ce résultat a une signification cosmique”, a dit Abbamonte. “Depuis que le terme ‘excitonium’ a été inventé dans les années 1960 par le physicien théorique de Harvard Bert Halperin, les physiciens ont cherché à démontrer son existence. Les théoriciens se sont demandé si ce serait un isolant, un conducteur parfait ou un superfluide – avec des arguments convaincants de part et d’autre. Depuis les années 1970, de nombreux expérimentateurs ont publié des preuves de l’existence de l’excitonium, mais leurs découvertes n’étaient pas définitives et auraient pu également être expliquées par une transition de phase structurelle classique.”

Représentation artistique d’excitons collectifs dans un excitateur solide. Ces excitations propagent les murs du domaine (vert) sur un fond d’exciton solide ordonné (violet). Crédit: Peter Abbamonte, Université de l’Illinois à Urbana-Champaign Department of Physics et Frederick Seitz Materials Research Laboratory.

L’étudiant diplômé Kogar a expliqué que la découverte de l’excitonium n’était pas le but initial du projet.

Bien que la découverte nous donne une compréhension plus détaillée d’un autre mystère de la mécanique quantique, les applications pratiques de l’excitonium sont actuellement dans une phase spéculative.

Vous pouvez lire l’étude de l’équipe ici.

Traduction de Big Think

Publié le 10 décembre, 2017 dans Mécanique Quantique, Monde, Science.

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