Nouvelle recherche publiée dans Communication Nature suggère que les électrons dans un gaz bidimensionnel peuvent subir une transition de phase semi-ordonnée (nématique) à principalement ordonnée (smectique), qui a été discuté dans la théorie de la physique mais jamais vu dans la pratique auparavant.

"Imaginez que nous puissions construire une patinoire pour les électrons, et les électrons devaient se déplacer le long de la surface; ils ne pouvaient pas monter et descendre, alors ils n'avaient qu'à patiner l'un autour de l'autre, " a déclaré Michael Manfra, le professeur Bill et Dee O'Brien de physique et d'astronomie à Purdue. « Quand vous les refroidissez à des températures très basses et que vous les placez dans un champ magnétique, ils se synchronisent en quelque sorte; ils s'alignent comme des soldats sur un champ de bataille."

L'équipe Purdue a utilisé une technique de croissance de haute pureté, appelée épitaxie par faisceau moléculaire, pour faire croître un matériau semi-conducteur (arséniure de gallium) qui confine les électrons dans une couche bidimensionnelle. Ensuite, ils ont refroidi l'échantillon jusqu'à près du zéro absolu dans un réfrigérateur à dilution. Des sondes de tension sur toute la longueur du conducteur ont mesuré la résistance, qui est fonction de la température et du champ magnétique.

Les chercheurs pensent avoir induit une transition d'un état nématique à un état smectique. Pour que cela se produise, les conditions devaient être parfaites – extrêmement froid, sur une surface très propre, dans un champ magnétique perpendiculaire.

"A haute température, ça a l'air isotrope, comme des électrons dansant au hasard les uns autour des autres, " dit Manfra. " Comme il commence à se refroidir, les électrons s'enferment dans des colonnes, et nous voyons la résistance décoller et culminer. Puis comme on passe à des températures très basses, ça tourne à nouveau. Cela indique une transition d'une phase nématique à une phase smectique."

Ces résultats ne sont pas ce que l'équipe recherchait à l'origine - c'était une découverte accidentelle qui les aide à mieux comprendre comment les électrons interagissent les uns avec les autres dans des environnements contrôlés. Les découvertes en physique se font souvent de cette façon; dans les bonnes conditions, des événements fortuits peuvent se produire.