Une nouvelle recherche montre que les phonons sont essentiels aux interactions quantiques
Les chercheurs de DCCM ont constaté que les phonons dominent la plupart des interactions entre matériaux corrélés, ce qui s'oppose à un point de vue largement diffusé dans la littérature scientifique, selon lequel les interactions électron-électron sont les influenceurs clés les plus probables. Si les scientifiques découvraient comment exploiter les extraordinaires propriétés de ces matériaux quantiques, cela pourrait conduire à une nouvelle vague de technologies et d'innovations. En utilisant la lumière, l'équipe du projet a exploré les propriétés des matériaux et montré que les transitions induites par la lumière depuis un isolant vers des phases métalliques étaient causées par l'influence de la lumière sur les vibrations du cristal, et qu'elles n'étaient pas dues à une modification des interactions électron-électron. «Ces résultats sont importants car ils remettent en cause la plupart des modèles actuellement utilisés pour décrire ces matériaux», déclare le Pr. Simon Wall de l'Institut des sciences photoniques (ICFO) en Espagne, coordinateur du projet. «Ils suggèrent qu'il y existe un 'ingrédient manquant' qui pourrait révolutionner nos connaissances.» De nouveaux développements technologiques Les résultats pourraient au final déboucher sur de nouvelles innovations technologiques. Du fait de leurs propriétés spectaculaires, comme une supraconductivité à haute température et la capacité de passer à des températures élevée de l'état d'isolants à des états métalliques, les matériaux corrélés présentent un important potentiel. Mais si l'on ne sait pas exactement pourquoi ces matériaux présentent ces phénomènes, il sera difficile de les intégrer à de nouveaux dispositifs et systèmes. Un autre problème est lié au fait que les scientifiques doivent séparer les matériaux pour mieux les étudier, ce qui est difficile car les interactions électroniques et de spin rivalisent sur une échelle d'énergie similaire. Il est également nécessaire de comprendre en profondeur les matériaux à l'échelle nanométrique avant de pouvoir les intégrer de façon efficace dans les nouvelles technologies, car à cette échelle la forte concurrence entre les interactions des électrons et du magnétisme peut entraîner des changements considérables. Un autre résultat du projet a été le développement d'une nouvelle technique d'imagerie ouvrant pour la première fois aux scientifiques la possibilité de visualiser une série de phénomènes à l'œuvre dans les matériaux quantiques, ce qui pourrait leur permettre d'explorer plus avant leurs propriétés nanométriques. Parmi les dispositifs qui pourraient ainsi être développés, on peut citer des supraconducteurs à haute température susceptibles de remplacer les coûteux aimants dans les systèmes d'IRM ou les accélérateurs de particules, dont le fonctionnement correct exige un refroidissement à des températures extrêmement basses. Les fonctions magnétique et électronique des matériaux quantiques pourraient également être utilisées dans une nouvelle mémoire non volatile à haute vitesse. L'anharmonicité des réseaux et les origines de la supraconductivité à haute température Pour les chercheurs de DCCM, la prochaine étape sera de se pencher sur le rôle des phonons dans la supraconductivité à haute température. Ils participeront au projet SEESUPER, financé par le Conseil européen de la recherche (CER), qui vise à déterminer si l'anharmonicité des réseaux peut expliquer les origines de la supraconductivité à haute température. L'anharmonicité des réseaux permet aux phonons, qui sont normalement indépendants, d'être couplés ensemble. Ce couplage peut en retour modifier la façon dont interagissent les électrons avec le réseau et pourrait constituer un facteur renforçant la supraconductivité. L'objectif sera d'appliquer les techniques développées par DCCM pour étudier comment des défauts et la séparation de phase à l'échelle nanométrique modifient l'anharmonicité et si ces phénomènes peuvent expliquer les origines de la supraconductivité à haute température.
Mots‑clés
DCCM, matériaux corrélés, quantum, lumière, physique
