Un
article expérimentalement interessant:
‘’’ Scientists capture first-ever view of a hidden quantum phase in a 2D
crystal
by Sandi
Miller, Massachusetts Institute of Technology
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Les scientifiques capturent la toute
première vue d'une phase quantique cachée dans un cristal 2D
par Sandi
Miller, Massachusetts Institute of Technology
Cette illustration représente
l'effondrement induit par la lumière de l'ordre de charge à l'échelle
nanométrique dans un cristal 2D de disulfure de tantale (formes d'étoiles) et
la génération d'un état métallique métastable caché (sphères). Crédit : Frank
Yi Gao
Le développement de la photographie
au flash stroboscopique à grande vitesse dans les années 1960 par le regretté
professeur du MIT Harold "Doc" Edgerton nous a permis de visualiser des
événements trop rapidement pour l'œil – tels que une balle perçant une pomme ou
une gouttelette frappant une mare de lait.
Maintenant, en utilisant une suite
d'outils spectroscopiques avancés, des scientifiques du MIT et de l'Université
du Texas à Austin ont pour la première fois capturé des instantanés d'une phase
métastable induite par la lumière cachée de l'univers à l'équilibre. En
utilisant des techniques de spectroscopie à monocoup sur un cristal 2D avec des
modulations nanométriques de la densité électronique, ils ont pu visualiser
cette transition en temps réel.
"Avec ce travail, nous montrons
la naissance et l'évolution d'une phase quantique cachée induite par une
impulsion laser ultracourte dans un cristal modulé électroniquement",
explique Frank Gao Ph.D. '22, co-auteur principal d'un article sur le travail
qui est actuellement postdoctoral à UT Austin.
"Habituellement, faire frapper des lasers sur des matériaux revient
à les chauffer, mais pas dans ce cas", ajoute Zhuquan Zhang, co-auteur
principal et étudiant diplômé en chimie du MIT. "Ici, l'irradiation du
cristal réorganise l'ordre électronique, créant une toute nouvelle phase
différente de celle à haute température."
Un article sur cette recherche a été
publié aujourd'hui dans Science Advances. Le projet a été coordonné
conjointement par Keith A. Nelson, professeur de chimie Haslam et Dewey au MIT,
et par Edoardo Baldini, professeur adjoint de physique à UT-Austin.
Spectacles laser
"Comprendre l'origine de ces
phases quantiques métastables est important pour répondre aux questions
fondamentales de longue date de la thermodynamique hors équilibre",
déclare Nelson.
"La clé de ce résultat a été le
développement d'une méthode laser de pointe capable de" réaliser des films
"de processus irréversibles dans des matériaux quantiques avec une
résolution temporelle de 100 femtosecondes." ajoute Baldini.
Le matériau, le disulfure de tantale,
est constitué de couches liées par covalence d'atomes de tantale et de soufre
empilés les uns sur les autres. En dessous d'une température critique, les
atomes et les électrons du motif du matériau forment des structures
nanométriques en "étoile de David" - une distribution non
conventionnelle d'électrons connue sous le nom d'"onde de densité de
charge".
La formation de cette nouvelle phase
fait du matériau un isolant, mais une seule impulsion lumineuse intense pousse
le matériau dans un état métal caché métastable. "C'est un état quantique
transitoire figé dans le temps", explique Baldini. "Les gens ont déjà
observé cette phase cachée induite par la lumière, mais les processus
quantiques ultrarapides à l'origine de sa genèse étaient encore inconnus."
Nelson ajoute : « L'un des principaux
défis est que l'observation d'une transformation ultrarapide d'un ordre
électronique à un autre qui peut persisté indéfiniment n'est pas pratique avec
les techniques conventionnelles résolues en temps.
Des impulsions de perspicacité
Les chercheurs ont développé une
méthode unique qui consistait à diviser une seule impulsion laser de sonde en
plusieurs centaines d'impulsions de sonde distinctes qui arrivaient toutes à
l'échantillon à des moments différents avant et après que la commutation ait
été initiée par une impulsion d'excitation ultrarapide séparée. En mesurant les
changements dans chacune de ces impulsions de sonde après qu'elles aient été
réfléchies ou transmises à travers l'échantillon, puis en enchaînant les
résultats de mesure comme des images individuelles, ils ont pu construire un
film qui fournit des informations microscopiques sur les mécanismes par
lesquels les transformations se produisent.
En capturant la dynamique de cette
transformation de phase complexe dans une mesure unique, les auteurs ont
démontré que la fusion et la réorganisation de l'onde de densité de charge
conduisent à la formation de l'état caché. Les calculs théoriques de Zhiyuan
Sun, post-doctorant au Harvard Quantum Institute, ont confirmé cette
interprétation.
Bien que cette étude ait été réalisée
avec un matériau spécifique, les chercheurs affirment que la même méthodologie
peut désormais être utilisée pour étudier d'autres phénomènes exotiques dans
les matériaux quantiques. Cette découverte peut également aider au
développement de dispositifs optoélectroniques avec des photoréponses à la demande.
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COMMENTAURES
:J’ai trouvé cette étude
expérimentale très astucieuse … et
le résultat visuel est sidérant : ce n’est plus le premier film de la sortie pressée des des usines Lumière
à LYON en1902 ….C ‘est la vision du mouvement ultra plus rapide
d’une couche de titane dans in cristal !!!!
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This story is republished courtesy of MIT News (web.mit.edu/newsoffice/),
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