Outre les solides, liquides et gaz, des états de matière plus exotiques peuvent être générés dans des matériaux spécifiques dans des conditions particulières. De tels états sont d'un grand intérêt pour les physiciens car ils permettent de mieux comprendre les phénomènes quantiques.

Le condensat de Bose-Einstein est l'un de ces états de la matière qui se produit à très basse température. Dans cet état, la plupart des particules constitutives du condensat sont dans ce qu'on appelle "l'état fondamental, " à leur énergie la plus basse possible, et les phénomènes quantiques microscopiques peuvent être facilement observés. De façon intéressante, cet état peut également être présenté par des quasiparticules, qui ne sont pas de véritables particules mais représentent des excitations microscopiques collectives dans un système et peuvent ainsi être utilisées pour décrire le système de manière simplifiée, manière pourtant très utile.

Magnon, un type de quasiparticule qui se manifeste dans les matériaux magnétiques, sont des excitations collectives provenant d'électrons dans un cristal. Les magnons peuvent normalement sauter entre différents emplacements dans le cristal; cependant, dans certains composés et sous l'effet d'un champ magnétique, ils peuvent être piégés dans une sorte de situation de catch-22, ce qui se traduit par une cristallinité rigide. Il s'agit d'un phénomène quantique très intéressant appelé "cristallisation magnon, " dans lequel les magnons seraient dans un état " frustré ".

Pour explorer cet effet particulier, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Hidekazu Tanaka de Tokyo Tech a travaillé sur la caractérisation des excitations magnétiques se produisant dans un isolant magnétique, Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 . Ils ont réalisé des expériences de diffusion de neutrons, dans lequel des faisceaux de neutrons ont été tirés sur Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 cristaux à différentes énergies et angles pour déterminer les propriétés des cristaux. Sur la base des résultats de ces expériences, l'équipe a démontré que la cristallisation du magnon se produit dans Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 et attribué l'origine de cet état ordonné aux interactions électroniques fondamentales dans le matériau, du point de vue de la mécanique quantique. "Jusque récemment, les études expérimentales sur la cristallisation du magnon ont été limitées au composé de Shastry-Sutherland SrCu 2 (BO 3 ) 2 , et cette étude est une tentative d'enquêter sur ce phénomène quantique fascinant dans un matériau différent, " remarque le Pr Tanaka.

Comprendre l'ordre des magnons et leurs effets sur les propriétés magnétiques micro et macroscopiques des cristaux pourrait fournir aux chercheurs des informations précieuses pour corréler la physique de la matière condensée avec les principes de la mécanique quantique. "Ce travail montre que les aimants quantiques hautement frustrés fournissent des terrains de jeux pour les particules quantiques en interaction, " conclut le professeur Tanaka. Des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre le Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 système et acquérir une connaissance plus approfondie de la mécanique quantique et de ses applications potentielles.