L'équipe de recherche dirigée par l'ORNL a sélectionné un cristal composé de bromure de cuivre - car l'ion cuivre est idéal pour étudier les effets quantiques exotiques - pour observer le mode d'amplitude insaisissable de Higgs en deux dimensions. L'échantillon a été examiné à l'aide de faisceaux de spectromètre à trois axes à neutrons froids pour la diffusion des neutrons dans le réacteur isotopique à haut flux. Crédit :Geneviève Martin, Laboratoire national d'Oak Ridge/Dépt. d'énergie
Une équipe dirigée par le laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie a utilisé des techniques sophistiquées de diffusion des neutrons pour détecter un état quantique insaisissable connu sous le nom de mode d'amplitude de Higgs dans un matériau bidimensionnel.
Le mode d'amplitude de Higgs est un cousin de la matière condensée du boson de Higgs, la particule quantique légendaire théorisée dans les années 1960 et prouvée expérimentalement en 2012. C'est l'un des nombreux excentriques, modes collectifs de la matière trouvés dans les matériaux au niveau quantique. En étudiant ces modes, les chercheurs sur la matière condensée ont récemment découvert de nouveaux états quantiques appelés quasiparticules, y compris le mode Higgs.
Ces études offrent des opportunités uniques d'explorer la physique quantique et d'appliquer ses effets exotiques dans des technologies avancées telles que l'électronique à base de spin, ou spintronique, et l'informatique quantique.
"Exciter les quasiparticules quantiques d'un matériau d'une manière qui nous permet d'observer le mode d'amplitude de Higgs est assez difficile, " dit Tao Hong, un scientifique instrumentiste de la division Quantum Condensed Matter de l'ORNL.
Bien que le mode d'amplitude de Higgs ait été observé dans divers systèmes, « le mode de Higgs devenait souvent instable et se dégradait, raccourcir l'opportunité de le caractériser avant de le perdre de vue, " dit Hong.
Tao Hong de l'ORNL a analysé le comportement à basse énergie d'un composé de bromure de cuivre au cours d'une expérience de diffusion de neutrons dans le réacteur isotopique à haut flux du laboratoire qui a donné le mode d'amplitude de Higgs insaisissable en deux dimensions sans décroissance. Crédit :Geneviève Martin, Laboratoire national d'Oak Ridge/Dépt. d'énergie
L'équipe dirigée par l'ORNL a proposé une méthode alternative. Les chercheurs ont sélectionné un cristal composé de bromure de cuivre, parce que l'ion cuivre est idéal pour étudier les effets quantiques exotiques, Hong a expliqué. Ils ont commencé la tâche délicate de "geler" les particules de niveau quantique agitées du matériau en abaissant sa température à 1,4 Kelvin, qui est d'environ moins 457,15 degrés Fahrenheit.
Les chercheurs ont affiné l'expérience jusqu'à ce que les particules atteignent la phase située près du point critique quantique souhaité, le point idéal où les effets quantiques collectifs se propagent sur de grandes distances dans le matériau, ce qui crée les meilleures conditions pour observer un mode d'amplitude de Higgs sans décroissance.
Avec la diffusion des neutrons effectuée au réacteur à isotope à haut flux de l'ORNL, l'équipe de recherche a observé le mode de Higgs avec une durée de vie infinie :pas de décroissance.
"Il y a un débat en cours en physique sur la stabilité de ces modes de Higgs très délicats, " a déclaré Alan Tennant, scientifique en chef de la Direction des sciences neutroniques de l'ORNL. "Cette expérience est vraiment difficile à faire, surtout dans un système à deux dimensions. Et, encore, voici une observation claire, et c'est stabilisé."
Au cours de l'expérience de diffusion de neutrons, l'échantillon contenant des ions de cuivre présentait des propriétés quantiques exotiques lorsque certaines quasiparticules tournaient dans une configuration ondulatoire, révélant finalement le mode d'amplitude de Higgs. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge/Dépt. d'énergie
L'observation de l'équipe de recherche fournit de nouvelles informations sur les théories fondamentales sous-jacentes aux matériaux exotiques, notamment les supraconducteurs, systèmes d'ondes à densité de charge, systèmes bosoniques ultrafroids et antiferromagnétiques.
"Ces avancées ont un impact considérable sur notre compréhension du comportement des matériaux à l'échelle atomique, " ajouta Hong.
L'étude, titré, "Observation directe du mode d'amplitude de Higgs dans un antiferromagnétique quantique bidimensionnel près du point critique quantique, " a été publié dans Physique de la nature .
