En utilisant l'équivalent physique de la photographie stroboscopique qui capture chaque contraction d'un guépard en plein sprint, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie ultrarapide pour visualiser les électrons interagissant comme un état caché de la matière dans un alliage supraconducteur.

Il faut de l'intensité, des impulsions à cycle unique de photons - des flashs - frappant l'alliage refroidi à une vitesse térahertz - des milliards de cycles par seconde - pour activer cet état caché de la matière en modifiant les interactions quantiques aux niveaux atomique et subatomique.

Et puis il faut une seconde lumière térahertz pour déclencher une caméra ultrarapide pour prendre des images de l'état de la matière qui, lorsqu'il est parfaitement compris et réglé, pourrait un jour avoir des implications pour accélérer, sans chaleur, l'informatique quantique, stockage et communication d'informations.

La découverte de ce nouveau schéma de commutation et de cette phase quantique cachée était pleine de défis conceptuels et techniques.

Pour trouver du nouveau, états électroniques émergents de la matière au-delà des solides, liquides et gaz, les physiciens de la matière condensée d'aujourd'hui ne peuvent plus se fier entièrement aux lent, méthodes de réglage thermodynamique telles que les changements de température, pressions, compositions chimiques ou champs magnétiques, dit Jigang Wang, professeur de physique et d'astronomie à l'Iowa State University et chercheur universitaire au laboratoire Ames du Département de l'énergie des États-Unis.

"Le grand, question ouverte de quel état est caché sous la supraconductivité est universelle, mais mal compris, " a dit Wang. " Certains états cachés semblent être inaccessibles avec toutes les méthodes de réglage thermodynamique. "

Le nouveau schéma de commutation quantique développé par les chercheurs (ils l'appellent réglage quantique de la lumière térahertz) utilise de courtes impulsions de trillionièmes de seconde à une fréquence térahertz pour bombarder sélectivement, sans chauffage, niobium-étain supraconducteur, qui à des températures ultrafroides peuvent conduire l'électricité sans résistance. Les flashs font soudain basculer le composé modèle dans un état caché de la matière.

La revue scientifique Matériaux naturels vient de publier un article décrivant la découverte. Wang est l'auteur correspondant. Les principaux auteurs sont Xu Yang et Chirag Vaswani, Étudiants diplômés de l'État de l'Iowa en physique et en astronomie.

Dans la plupart des cas, les états exotiques de la matière tels que celui décrit dans ce document de recherche sont instables et de courte durée. Dans ce cas, l'état de la matière est métastable, ce qui signifie qu'il ne se désintègre pas vers un état stable pendant un ordre de grandeur plus long que les autres, états transitoires plus typiques de la matière.

La vitesse rapide du passage à un état quantique caché y est probablement pour quelque chose.

"Ici, la trempe quantique (changement) est si rapide, le système est piégé dans un étrange "plateau" et ne sait pas comment revenir en arrière, " dit Wang. " Avec cette trempe rapide, système encore non thermique, il n'y a pas d'endroit normal où aller."

Un défi restant pour les chercheurs est de comprendre comment contrôler et stabiliser davantage l'état caché et déterminer s'il convient aux opérations de logique quantique, a dit Wang. Cela pourrait permettre aux chercheurs d'exploiter l'état caché pour des fonctions pratiques telles que l'informatique quantique et pour des tests fondamentaux de mécanique quantique bizarre.

Tout commence avec la découverte par les chercheurs d'un nouveau schéma de commutation quantique qui leur donne accès à des états nouveaux et cachés de la matière.

Wang a déclaré:"Nous créons et contrôlons une nouvelle matière quantique qui ne peut être atteinte par aucun autre moyen."