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    La microscopie à effet tunnel révèle un effet de phonon optique inattendu

    Les motifs en forme d'anneau sur cette image représentent les gouttelettes de condensat de phonons optiques dispersées sur toute la surface de l'îlot WSe2 quasi-autoportant. Crédit :Laboratoire national de Los Alamos

    Dans un article en libre accès récemment publié dans la revue Rapports scientifiques sur la nature , les scientifiques ont rapporté l'observation d'un condensat de phonons optiques à température ambiante, appelé condensat de Bose-Einstein (B-E).

    "Nous n'avons pas prédit ce condensat B-E dans notre modèle. C'est une observation absolument nouvelle, " a déclaré Alexander "Sasha" Balatsky du Laboratoire national de Los Alamos, un co-auteur de l'article avec une équipe de recherche de l'Air Force Research Laboratory, L'Université d'État de Pennsylvanie, Laboratoire national de Los Alamos et Centre Nordita pour les matériaux quantiques, Institut royal de technologie KTH et Université de Stockholm.

    La nouvelle substance peut être utile pour les ordinateurs quantiques à phonons, et il peut aussi éclairer les conditions requises pour former des condensats biologiques de Fröhlich de modes collectifs.

    La condensation de Bose-Einstein (BEC) est un phénomène fascinant, celui qui résulte de la statistique quantique pour des particules identiques avec un spin entier, appelés bosons. Parfois appelé le cinquième état de la matière, il a été initialement prédit en 1924 par Albert Einstein et Satyendra Nath Bose. Dans un BEC, la matière cesse de se comporter comme des particules indépendantes, et s'effondre en un seul état quantique qui peut être décrit avec une seule fonction d'onde. Habituellement, ce phénomène se produit pour les vapeurs atomiques diluées et uniquement à des températures extrêmement basses.

    BEC implique la formation d'un état quantique collectif si la densité de particules dépasse une valeur critique. Pour les quasi-particules, tels que les phonons ou les magnons, Le BEC peut se produire à des températures élevées, et éventuellement aussi à température ambiante, comme on le voit dans cette expérience, car leur densité augmente avec la température.

    Pour l'observation de ce phénomène, les chercheurs ont utilisé des feuilles atomiquement minces de diséléniure de tungstène, un semi-conducteur bidimensionnel, qui était soutenu par une faible densité de molécules, comme une fine membrane sur des piliers isolés.

    En utilisant l'effet tunnel quantique d'électrons dans des atomes de surface vibrants, des oscillations de condensat de phonons ont été observées à l'échelle atomique. "Les gouttelettes de condensat formées dans la monocouche 2-D de WSe2, " a déclaré Igor Altfeder, du Laboratoire de Recherche de l'Armée de l'Air (AFRL/UTC), scientifique principal du projet "Les piliers moléculaires facilitent la création de condensat dans WSe2 en améliorant les interactions phonon-phonon."

    Le condensat a été observé à l'aide d'un microscope à effet tunnel, et il est apparu sous forme de petites gouttelettes, dont le rayon est de plusieurs nanomètres, se développant autour des piliers moléculaires de soutien. Les auteurs expliquent que chaque pilier agit comme un agent de synchronisation et amène les phonons à l'intérieur de la feuille atomique de diséléniure de tungstène à synchroniser leurs phases d'oscillation, dans une étroite analogie avec la synchronisation de plusieurs horloges atomiques, créant ainsi le BEC.

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