Il y a souvent une symétrie prononcée lorsque vous regardez le réseau de cristaux :peu importe où vous regardez, les atomes sont disposés uniformément dans toutes les directions. Ce comportement serait également attendu d'un cristal, que les physiciens du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), l'Université de Varsovie et l'Académie polonaise des sciences ont produit un composé à partir d'un semi-conducteur d'arséniure d'indium enrichi de fer. Le matériel, cependant, n'a pas respecté la symétrie parfaite. Le fer formé en deux dimensions, structures en forme de lame dans le cristal qui étaient magnétiques. À long terme, le résultat pourrait être vital pour comprendre les supraconducteurs.

"En utilisant les possibilités de notre Ion Beam Center, nous avons tiré des ions de fer rapides sur un cristal fait d'arséniure d'indium, un semi-conducteur à base d'indium et d'arsenic, " dit le Dr Shengqiang Zhou, physicien au HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Le fer a pénétré environ 100 nanomètres de profondeur dans la surface du cristal." Les ions fer étaient en minorité, ne constituant que quelques pour cent à la surface. Les chercheurs ont ensuite tiré des impulsions lumineuses sur le cristal à l'aide d'un laser. Les flashs étaient ultra-courts pour que seule la surface fonde. "Pendant bien moins d'une microseconde, les cent nanomètres supérieurs étaient une soupe chaude, alors que le cristal en dessous est resté froid et bien ordonné, " Zhou dit, décrivant le résultat.

La surface du cristal s'est à nouveau refroidie en un clin d'œil après le bombardement laser. Quelque chose d'inhabituel s'est produit :la surface était essentiellement revenue à la structure en réseau d'arséniure d'indium. Le refroidissement, cependant, était si rapide que les atomes de fer n'ont pas eu suffisamment de temps pour trouver et occuper un état de réseau régulier dans le cristal. Au lieu, les atomes métalliques ont uni leurs forces avec leurs pairs pour former des structures remarquables - petites, lamelles bidimensionnelles disposées en parallèle.

« Ce fut une surprise que les atomes de fer soient disposés de cette manière, " dit Zhou. " Nous avons ainsi pu créer une telle structure lamellaire pour la première fois à l'échelle mondiale. " Lorsque les experts ont examiné de plus près le matériau nouvellement créé, ils ont déterminé qu'il était devenu magnétique en raison de l'influence du fer. Les chercheurs polonais et allemands ont également réussi à décrire théoriquement le processus et à le simuler sur ordinateur. "Les atomes de fer se sont arrangés en une structure lamellaire parce que c'était énergétiquement l'état le plus favorable qu'ils pouvaient prendre dans la brève période de temps, " déclare le professeur Tomasz Dietl du Centre international de recherche MagTop de l'Académie polonaise des sciences, résumer le résultat des calculs.

Le résultat pourrait être pertinent dans, par exemple, comprendre les supraconducteurs - une classe de matériaux qui peuvent conduire l'électricité entièrement sans perte. « Des structures en forme de lamelles peuvent également être trouvées dans de nombreux matériaux supraconducteurs, " explique Zhou. " Notre composé pourrait donc servir de système modèle et aider à mieux comprendre le comportement des supraconducteurs. " Cela pourrait peut-être aussi servir à optimiser leurs propriétés :pour que les supraconducteurs fonctionnent, ils doivent actuellement être refroidis à des températures relativement basses de, par exemple, moins deux cents degrés Celsius. Le but de nombreux experts est d'augmenter progressivement ces températures jusqu'à ce qu'ils trouvent un matériau de rêve, qui perd sa résistance électrique même à des températures ambiantes normales.