Dans un scénario connu et bien compris, l'appariement est causé uniquement par l'attraction entre deux fermions (lignes vertes). Cependant, Les scientifiques de Heidelberg ont découvert qu'avec de fortes interactions entre les fermions, un autre type d'appariement a lieu, qui dépend fortement de la densité du milieu environnant (zones grisées). Cela suggère que dans cet état, chaque particule n'est pas seulement associée à une autre particule, mais qu'il existe des corrélations supplémentaires avec d'autres particules dans son environnement. Crédit :Puneet Murthy
En utilisant des atomes ultrafroids, des chercheurs de l'Université de Heidelberg ont découvert un état exotique de la matière dans lequel les particules constituantes s'apparient lorsqu'elles sont limitées à deux dimensions. Les découvertes du domaine de la physique quantique peuvent contenir des indices importants sur les phénomènes intrigants de la supraconductivité. Les résultats ont été publiés dans Science .
Les supraconducteurs sont des matériaux à travers lesquels l'électricité peut circuler sans aucune résistance une fois qu'ils sont refroidis en dessous d'une certaine température critique. La classe de matériaux la plus pertinente sur le plan technologique, avec des températures critiques exceptionnellement élevées pour la supraconductivité, est encore mal compris. Il y a des preuves, cependant, que pour que la supraconductivité se produise, un certain type de particules - les fermions - doivent s'apparier. De plus, la recherche a montré que les matériaux qui deviennent supraconducteurs à des températures relativement élevées ont des structures en couches. "Cela signifie que les électrons de ces systèmes ne peuvent se déplacer que dans des plans bidimensionnels", explique le professeur Dr. Selim Jochim de l'Institut de physique de l'Université de Heidelberg, qui dirige le projet. "Ce que nous ne comprenions pas jusqu'à présent, c'est comment l'interaction de l'appariement et de la dimensionnalité peut conduire à des températures critiques plus élevées."
Pour explorer cette question, des chercheurs du Center for Quantum Dynamics ont réalisé des expériences dans lesquelles ils ont confiné un gaz d'atomes ultrafroids dans des pièges bidimensionnels qu'ils ont créés à l'aide de faisceaux laser focalisés. "Dans les matériaux à l'état solide comme les oxydes de cuivre, il existe de nombreux effets et impuretés différents qui rendent ces matériaux difficiles à étudier. C'est pourquoi nous utilisons des atomes ultrafroids pour simuler le comportement des électrons dans les solides. Cela nous permet de créer des échantillons très propres et nous donne un contrôle total sur les paramètres essentiels du système", dit Puneet Murthy, un doctorat étudiant au Center for Quantum Dynamics de l'Université de Heidelberg et l'un des principaux auteurs de cette publication.
En utilisant une technique connue sous le nom de spectroscopie radiofréquence, les chercheurs ont mesuré la réponse des atomes à une impulsion d'onde radio. De cette réponse, ils pouvaient dire exactement si les particules étaient appariées ou non et de quelle manière. Ces mesures ont également été effectuées pour différentes forces d'interaction entre les fermions. Au cours des expérimentations, les chercheurs ont découvert un état exotique de la matière. La théorie stipule que les fermions avec une interaction faible devraient s'apparier à la température à laquelle ils deviennent supraconducteurs. Cependant, lorsque les scientifiques ont augmenté l'interaction entre les fermions, ils ont découvert que l'appariement se produisait à des températures plusieurs fois supérieures à la température critique.
"Pour atteindre notre objectif ultime de mieux comprendre ces phénomènes, on va commencer par des petits systèmes que l'on assemble atome par atome", dit le professeur Jochim.
