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Jun 05, 2023

Nouvel état de la matière découvert à l'aide de cristaux ultradenses

En projetant un puissant faisceau de lumière à travers deux composés chimiques, les scientifiques ont découvert un nouvel état unique de la matière composé de particules appelées excitons. Les physiciens ont découvert un nouvel état exotique

En projetant un puissant faisceau de lumière à travers deux composés chimiques, les scientifiques ont découvert un nouvel état unique de la matière composé de particules appelées excitons.

Les physiciens ont découvert un nouvel état exotique de la matière qui prend la forme d'un cristal hautement ordonné de particules subatomiques. Le nouvel état de la matière, appelé « isolant corrélé bosonique », pourrait conduire à la découverte de nombreux nouveaux types de matériaux exotiques fabriqués à partir de matière condensée, selon les chercheurs qui ont détaillé leurs résultats dans une étude publiée le 11 mai dans la revue Science. .

Les particules subatomiques peuvent être séparées en deux catégories : les fermions et les bosons. Les principales différences entre les deux résident dans la manière dont ils tournent et dans la manière dont ils interagissent les uns avec les autres.

Les fermions, tels que les électrons et les protons, sont souvent considérés comme les éléments constitutifs de la matière car ils constituent les atomes et sont caractérisés par leur spin semi-entier. Deux fermions identiques ne peuvent pas occuper le même espace en même temps.

Les bosons, quant à eux, transportent de la force – comme les photons ou les paquets de lumière – et sont considérés comme le ciment de l’univers, reliant les forces fondamentales de la nature. Ces particules ont des spins entiers et plusieurs bosons peuvent se trouver au même endroit en même temps.

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"Les bosons peuvent occuper le même niveau d'énergie ; les fermions n'aiment pas rester ensemble", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Chenhao Jin, physicien de la matière condensée à l'Université de Californie à Santa Barbara, dans un communiqué. "Ensemble, ces comportements construisent l'univers tel que nous le connaissons."

Mais il existe un cas dans lequel deux fermions peuvent devenir un boson : si un électron chargé négativement est fixé à un « trou » chargé positivement dans un fermion différent, il forme une particule bosonique appelée « exciton ».

Pour voir comment les excitons interagissent les uns avec les autres, les chercheurs ont superposé un réseau de disulfure de tungstène sur un réseau similaire de diséléniure de tungstène selon un motif superposé appelé moiré. Ensuite, ils ont projeté un puissant faisceau de lumière à travers les réseaux – une méthode connue sous le nom de « spectroscopie pompe-sonde ». Ces conditions ont rapproché les excitons jusqu’à ce qu’ils soient si denses qu’ils ne pouvaient plus bouger, créant ainsi un nouvel état cristallin symétrique avec une charge neutre – un isolant bosonique corrélé.

"Conventionnellement, les gens ont consacré la plupart de leurs efforts à comprendre ce qui se passe lorsque l'on rassemble plusieurs fermions", a déclaré Jin. "L'objectif principal de notre travail est de créer un nouveau matériau à partir de bosons en interaction."

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Les chercheurs ont déclaré que c'était la première fois que ce nouvel état de la matière était créé dans un système de matière « réel », par opposition aux systèmes synthétiques, fournissant ainsi de nouvelles informations sur le comportement des bosons. De plus, les méthodes utilisées par l’équipe pour découvrir ce nouvel état de la matière pourraient aider les scientifiques à créer de nouveaux types supplémentaires de matériaux bosoniques.

"Nous savons que certains matériaux ont des propriétés très bizarres", a déclaré Jin. "Et l'un des objectifs de la physique de la matière condensée est de comprendre pourquoi elle possède ces riches propriétés et de trouver des moyens de rendre ces comportements plus fiables."

Cette histoire a été initialement publiée sur Live Science.

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