Une nouvelle phase de la matière

Les liquides de spin quantique, une phase exotique de la matière caractérisée par des spins électroniques constamment intriqués, sont restés un mystère pendant des décennies. Contrairement aux aimants ordinaires, où les spins électroniques gèlent dans un état solide à basse température, les liquides à spin quantique conservent un état fluide même en l’absence de forces externes. Ces matériaux énigmatiques recèlent un immense potentiel d’application dans les technologies quantiques. Cependant, observer et mesurer directement l’intrication quantique, un phénomène crucial pour l’existence des liquides à spin quantique, s’est révélé un défi.

Dans une étude récente publiée dans Nature Communications, une équipe internationale de physiciens dirigée par l’Université Brown a réalisé des progrès révolutionnaires dans la compréhension des liquides à spin quantique. Les chercheurs ont introduit une nouvelle phase de la matière, dont le désordre est un facteur clé. Le désordre fait référence aux différentes manières dont les composants microscopiques d’un matériau peuvent être réorganisés. Dans les systèmes ordonnés comme les cristaux, l’arrangement est limité, tandis que dans les systèmes désordonnés comme les gaz, il n’y a pas de structure distincte.

La présence de désordre dans les liquides de spin quantique contredit les théories existantes et pose une question importante : l’état liquide de spin quantique peut-il encore exister malgré le désordre ? Les chercheurs ont découvert que non seulement cet état persiste, mais que le désordre joue un rôle crucial dans le maintien des propriétés uniques du liquide à spin quantique.

En étudiant un matériau spécifique, H3LiIr2O6, les chercheurs ont révélé que le désordre dans l’arrangement des ions Ir4+ au sein de la structure cristalline permettait la formation d’une nouvelle phase de matière. Cette découverte remet en question la croyance dominante selon laquelle le désordre perturbe l’état liquide du spin quantique et démontre plutôt que le désordre peut le stabiliser.

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La capacité de comprendre et de contrôler les liquides à spin quantique ouvre des possibilités passionnantes pour faire progresser les technologies quantiques. Ces matériaux pourraient potentiellement être utilisés pour développer des ordinateurs quantiques et d’autres dispositifs plus efficaces reposant sur des phénomènes quantiques. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour comprendre pleinement la complexité des liquides à spin quantique, cette étude marque une étape importante dans la découverte de leurs secrets.

Sources:
– Communications Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-40769-x