2024-03-19 06:12:34
Un comportement insaisissable des électrons a finalement été isolé de l’activité électronique plus banale dans un matériau réel.
Une équipe de physiciens dirigée par Ryuhei Oka de l’Université d’Ehime a mesuré ce que l’on appelle les électrons Dirac dans un polymère supraconducteur appelé bis(éthylènedithio)-tétrathiafulvalène. Ce sont des électrons qui existent dans des conditions qui les rendent sans masse, ce qui leur permet de se comporter davantage comme des photons et d’osciller à la vitesse de la lumière.
Selon les chercheurs, cette découverte permettra de mieux comprendre les matériaux topologiques – des matériaux quantiques qui se comportent comme un isolant électronique à l’intérieur et un conducteur à l’extérieur.
Les supraconducteurs, les semi-conducteurs et les matériaux topologiques gagnent tous en importance, notamment pour leurs applications potentielles dans les ordinateurs quantiques. Mais nous ignorons encore beaucoup de choses sur ces matériaux et sur leur comportement.
Les électrons de Dirac font référence à d’anciens électrons communs dans des conditions extraordinaires qui nécessitent une dose de relativité restreinte pour comprendre les comportements quantiques. Ici, le chevauchement des atomes place certains de leurs électrons dans un espace étrange qui leur permet de sauter autour des matériaux avec une excellente efficacité énergétique.
Formulées à partir des équations du physicien théoricien Paul Dirac il y a près d’un siècle, nous savons désormais qu’elles existent : elles ont été détectées dans le graphène, ainsi que dans d’autres matériaux topologiques.
Toutefois, afin d’exploiter le potentiel des électrons de Dirac, nous devons mieux les comprendre, et c’est là que les physiciens se heurtent à un problème. Les électrons de Dirac coexistent avec les électrons standards, ce qui signifie qu’il est très difficile de détecter et de mesurer un seul type sans ambiguïté.
Cette technique peut permettre aux physiciens de détecter et d’observer des électrons non appariés. Et, comme Oka et d’autres chercheurs l’ont découvert, il peut également être utilisé pour observer directement le comportement des électrons de Dirac dans le bis(éthylènedithio)-tétrathiafulvalène, en les distinguant des électrons standards par des systèmes de spin différents.
L’équipe a découvert que, pour bien le comprendre, l’électron de Dirac doit être décrit en quatre dimensions. Il existe les trois dimensions spatiales standard, les axes x, y et z ; et puis il y a le niveau d’énergie de l’électron, qui constitue une quatrième dimension.
«Comme les structures de bandes 3D ne peuvent pas être représentées dans un espace à quatre dimensions», expliquent les chercheurs dans leur article, «la méthode d’analyse proposée ici fournit un moyen général de présenter des informations importantes et faciles à comprendre sur de telles structures de bandes qui ne peuvent pas être représentées. obtenu autrement.»
En analysant l’électron de Dirac sur la base de ces dimensions, les chercheurs ont pu découvrir quelque chose que nous ne savions pas auparavant. Leur vitesse de déplacement n’est pas constante ; cela dépend plutôt de la température et de l’angle du champ magnétique à l’intérieur du matériau.
Cela signifie que nous disposons désormais d’une autre pièce du puzzle qui nous aide à comprendre le comportement des électrons de Dirac – une pièce qui pourrait nous aider à exploiter leurs propriétés dans les technologies futures.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Avancées des matériaux.
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