Découverte révolutionnaire : un nouveau métal quantique promet de transformer les dispositifs électroniques

ParisDes scientifiques, dirigés par Qimiao Si de l'université Rice, ont découvert des informations cruciales sur un type de métal se comportant de manière singulière au niveau quantique. Leurs recherches, publiées dans Physical Review Letters, expliquent le comportement des électrons dans ces matériaux quantiques. Cette compréhension pourrait mener à des dispositifs électroniques plus avancés. Ces matériaux possèdent des caractéristiques uniques en raison de modifications de leurs états quantiques et de leurs structures électroniques, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur les technologies futures.

Les chercheurs ont centré leur attention sur :

• Transitions de phase quantique, où les électrons changent de phase en fonction des conditions environnementales.
• Couplage de Kondo et liquides de spin chiraux dans des structures de réseau spécifiques.
• Réaction de l'effet Hall aux points critiques quantiques.

Cette étude examine l'impact de la mécanique quantique sur les électrons. Les matériaux quantiques diffèrent des matériaux classiques car ils continuent à subir des fluctuations quantiques, même à la température zéro absolue. Ces fluctuations provoquent des transitions de phase quantique, ce qui conduit à des propriétés physiques inhabituelles connues sous le nom de criticité quantique.

La structure de ces états quantiques ouvre de nouvelles perspectives. En électronique, la topologie peut engendrer des comportements que les matériaux traditionnels ne peuvent pas. Ces comportements singuliers sont indispensables pour la création de dispositifs électroniques de pointe.

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Qimiao Si a collaboré avec l'équipe de Silke Paschen à l'Université de Technologie de Vienne pour mener une étude approfondie. Ils ont élaboré un modèle théorique portant sur deux types d'électrons : lents et rapides. Les électrons lents forment un état appelé liquide de spin quantique, qui n'a pas de motif ordonné en raison de leurs arrangements complexes. Lorsque ce liquide de spin quantique interagit avec les électrons rapides, il provoque un effet topologique et se transforme en une phase Kondo. Cette interaction est cruciale pour comprendre de nombreuses propriétés des matériaux quantiques.

Ces matériaux ont un énorme impact sur l'effet Hall, qui décrit le déplacement latéral d'un courant électrique sous l'influence d'un champ magnétique. La topologie de ces états quantiques modifie considérablement cet effet. Les scientifiques ont observé une grande variation de l'effet Hall au point critique quantique. Ce changement s'opère même avec un champ magnétique minime, en faisant un indicateur très sensible du comportement électronique.

Cette découverte pourrait ouvrir la voie à des technologies avancées à l'avenir. La réaction intensive de l'effet Hall lors des changements de phase quantique peut être exploitée pour créer des capteurs extrêmement sensibles. Ces capteurs pourraient être précieux dans des domaines tels que la santé et le suivi environnemental. Les propriétés uniques de ce nouveau métal critique quantique pourraient également permettre le développement de nouveaux dispositifs électroniques offrant une haute sensibilité et une grande précision.

Des chercheurs de l'Université d'Anhui et de l'Université d'État de Californie ont collaboré sur cette étude, soutenus par diverses fondations de recherche. Leurs efforts conjoints ont fait progresser le domaine de la science des matériaux quantiques.