Des scientifiques du département de théorie du Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) à Hambourg, L'Allemagne a montré par des calculs théoriques et des simulations informatiques que la force entre les électrons et les distorsions du réseau dans un supraconducteur bidimensionnel atomiquement mince peut être contrôlée avec des photons virtuels. Cela pourrait aider au développement de nouveaux supraconducteurs pour les dispositifs d'économie d'énergie et de nombreuses autres applications techniques.

Le vide n'est pas vide. Cela peut sembler magique pour les profanes, mais le problème préoccupe les physiciens depuis la naissance de la mécanique quantique. Le vide apparent bouillonne sans cesse et produit des fluctuations de lumière même à une température de zéro absolu. Dans un sens, ces photons virtuels n'attendent que d'être utilisés. Ils peuvent transporter des forces et modifier les propriétés de la matière.

La force du vide, par exemple, est connu pour produire l'effet Casimir. Lorsqu'on rapproche deux plaques métalliques parallèles d'un condensateur, ils ressentent entre eux une attraction microscopiquement petite mais mesurable, même si les plaques ne sont pas chargées électriquement. Cette attraction est créée par l'échange de photons virtuels entre les plaques, comme deux patineurs qui lancent une balle d'avant en arrière et subissent le recul. Si la balle était invisible, on pourrait supposer qu'une force répulsive agit entre eux.

Maintenant, l'équipe MPSD de Michael Sentef, Michael Ruggenthaler et Angel Rubio ont publié une étude en Avancées scientifiques, qui fait le lien entre la force du vide et les matériaux les plus modernes. En particulier, ils explorent la question de ce qui se passe si le séléniure de fer supraconducteur bidimensionnel à haute température (FeSe) sur un substrat de SrTiO 3 est situé dans l'espace entre deux plaques métalliques où les photons virtuels vont et viennent.

Le résultat de leurs théories et simulations :la force du vide permet de coupler plus fortement les électrons rapides de la couche 2-D aux vibrations du réseau du substrat, qui oscillent perpendiculairement à la couche 2-D. Le couplage des électrons supraconducteurs et des vibrations du réseau cristallin est un élément central des propriétés importantes de nombreux matériaux.

"Nous commençons seulement à comprendre ces processus, " dit Michael Sentef. " Par exemple, nous ne savons pas avec précision à quel point l'influence de la lumière du vide serait réaliste sur les oscillations de la surface. On parle de quasiparticules de lumière et de phonons, ce qu'on appelle les polaritons de phonons." Dans les isolateurs 3-D, Les polaritons de phonons ont été mesurés avec des lasers il y a des décennies. Cependant, il s'agit d'un nouveau territoire scientifique en ce qui concerne les nouveaux matériaux quantiques complexes en 2D. "Bien sûr, nous espérons que notre travail incitera les collègues expérimentateurs à tester nos prédictions, " ajoute Sentef.

Le directeur de MPSD Theory, Angel Rubio, se réjouit de ces nouvelles possibilités :« Les théories et les simulations numériques de notre département sont un élément clé d'une toute nouvelle génération de développements technologiques potentiels. Plus important encore, cela incitera les chercheurs à reconsidérer les vieux problèmes liés à l'interaction entre la lumière et la structure de la matière."

Rubio est très optimiste quant au rôle de la recherche fondamentale dans ce domaine. "Avec les progrès de l'expérimentation, par exemple dans la production contrôlée et la mesure précise des structures atomiques et de leurs propriétés électroniques, nous pouvons nous attendre à de grandes découvertes. les scientifiques sont sur le point d'entrer dans une nouvelle ère de la conception atomique des fonctionnalités des composés chimiques, en particulier dans les matériaux 2D et les molécules complexes. Rubio en est convaincu :« La force du vide va nous aider dans cette quête.