SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMNT . MESURE DU SPIN ???

 

Quantum materials: Electron spin measured for the first time

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Matériaux quantiques : Spin électronique mesuré pour la première fois

par l'Université de Bologne

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

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 kagome", une nouvelle classe de matériaux quantiques.

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 des domaines technologiques variés, 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 mesurer pour la première fois 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 concentrés sur les "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 japonais traditionnel (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 le dichr circulaire

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COMMENTAIRES 

Je crois  nessire  de pappeler d abord ce que représente  le nombre quantique de spin pour  un non physicien ......

1/Pourquoi les électrons tournent-ils dans des directions opposées ?

Les électrons sont des espèces chargées qui tournent autour du noyau et tournent sur leur axe. Ainsi, ils génèrent un champ magnétique dû à leur mouvement. Deux électrons présents dans la même orbitale ont des spins opposés (c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) pour annuler le champ magnétique généré par l'autre électron.

2/Mais pourquoi le spin quantique est-il numéroté  par plus ou moins 1 2 ?

Un électron tourne autour d'un axe et possède à la fois un moment cinétique et un moment cinétique orbital. Parce que le moment cinétique est un vecteur, le nombre quantique de spin (s) a à la fois une magnitude (1/2) et une direction (+ ou -). Chaque orbitale ne peut contenir que deux électrons.

3/Quelle est l'équation du spin ?

s = *l/zh est connu comme le spin du système. Il résulte de ce qui précède que la théorie quantique dans la formulation traditionnelle de Schrödinger n'est pas complète. D'autre part, le spin apparaît dans l'équation de Dirac non pas parce qu'il est relativiste, mais parce que la fonction d'onde a les bonnes propriétés de transformation4/Quelle est la valeur de spin d'un électron ?

4/ Comment mesure t on un spinUne nouvelle tournure sur la mesure du spin électronique ?£ le NIST développe un microrésonateur ...

Pour effectuer une mesure ESR, un échantillon est placé dans un champ magnétique externe fixe. Le minuscule champ magnétique généré par le spin de chaque électron interagit avec le champ externe, provoquant la séparation des niveaux d'énergie magnétique des électrons en fonction de leur spin. Ensuite, l'échantillon est irradié aux micro-onde

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ore information: Domenico Di Sante et al, Flat band separation and robust spin Berry curvature in bilayer kagome metals, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02053-z

Journal information: Nature Physics 

Provided by Università di Bologna

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