Illustration d'une simulation de Monte Carlo, où un calcul est exécuté des milliards de fois de manières légèrement différentes pour arriver à une gamme de résultats possibles (à l'extrême droite), qui sont ensuite moyennés pour déterminer le résultat exact. Chaque ligne colorée représente une course différente. Une étude au SLAC et à Stanford a utilisé des simulations de Monte Carlo pour faire les premières observations impartiales d'un phénomène appelé « métallicité étrange » dans un modèle qui décrit des matériaux corrélés, où les électrons unissent leurs forces pour produire des phénomènes inattendus tels que la supraconductivité. Crédit :Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Les métaux étranges font d'intéressants compagnons de lit pour un phénomène connu sous le nom de supraconductivité à haute température, qui permet aux matériaux de transporter l'électricité sans aucune perte.
Les deux sont des transgresseurs de règles. Les métaux étranges ne se comportent pas comme les métaux ordinaires, dont les électrons agissent indépendamment; au lieu de cela, leurs électrons se comportent d'une manière collective inhabituelle. Pour leur part, les supraconducteurs à haute température fonctionnent à des températures beaucoup plus élevées que les supraconducteurs conventionnels; comment ils font cela est encore inconnu.
Dans de nombreux supraconducteurs à haute température, changer la température ou le nombre d'électrons libres dans le matériau peut le faire passer d'un état supraconducteur à un état métallique étrange ou vice versa.
Les scientifiques essaient de découvrir comment ces états sont liés, dans le cadre d'une quête de 30 ans pour comprendre comment fonctionnent les supraconducteurs à haute température afin qu'ils puissent être développés pour une multitude d'applications potentielles, des trains maglev aux lignes de transmission d'énergie parfaitement efficaces.
Dans un article publié aujourd'hui dans Science , des théoriciens du Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) du SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l'Énergie rapportent avoir observé une étrange métallicité dans le modèle Hubbard. Il s'agit d'un modèle de longue date pour simuler et décrire le comportement des matériaux avec des électrons fortement corrélés, ce qui signifie que les électrons unissent leurs forces pour produire des phénomènes inattendus plutôt que d'agir indépendamment.
Bien que le modèle Hubbard ait été étudié pendant des décennies, avec quelques notes de comportement métallique étrange, c'était la première fois qu'une métallicité étrange était observée dans des simulations de Monte Carlo, dans lequel des milliards de calculs séparés et légèrement différents sont moyennés pour produire un résultat impartial. Ceci est important car la physique de ces systèmes peut changer radicalement et sans avertissement si des approximations sont introduites.
L'équipe SIMES a également pu observer une étrange métallicité aux températures les plus basses jamais explorées avec une méthode impartiale, des températures auxquelles les conclusions de leurs simulations sont beaucoup plus pertinentes pour les expériences.
Les scientifiques ont déclaré que leurs travaux fournissent une base pour relier les théories des métaux étranges aux modèles de supraconducteurs et d'autres matériaux fortement corrélés.
