Il y a quatre-vingt-dix ans, le physicien Hans Bethe a postulé que des modèles inhabituels, les cordes dites de Bethe, apparaissent dans certains solides magnétiques. Maintenant, une équipe internationale a réussi à détecter expérimentalement de telles cordes Bethe pour la première fois. Ils ont utilisé des expériences de diffusion de neutrons dans diverses installations neutroniques, y compris l'aimant à champ élevé unique de BER II à HZB. Les données expérimentales sont en excellent accord avec la prédiction théorique de Bethe, et prouver une fois de plus la puissance de la physique quantique.

L'arrangement régulier des atomes dans un cristal permet des interactions complexes qui peuvent conduire à de nouveaux états de la matière. Certains cristaux ont des interactions magnétiques dans une seule dimension, c'est à dire., ils sont magnétiquement unidimensionnels. Si, en outre, les moments magnétiques successifs pointent dans des directions opposées, le cristal comprend un antiferromagnétique unidimensionnel. Hans Bethe a d'abord décrit ce système théoriquement en 1931, prédisant également la présence d'excitations de cordes de deux moments consécutifs ou plus pointant dans une direction, soi-disant cordes Bethe.

Cependant, ces états de corde n'ont pas pu être observés dans des conditions expérimentales normales car ils sont instables et obscurcis par les autres caractéristiques du système. L'astuce utilisée dans cet article est d'isoler les cordes en appliquant un champ magnétique.

Maintenant, une coopération internationale autour du physicien HZB Bella Lake et de son collègue Anup Bera a pu pour la première fois identifier expérimentalement et caractériser des cordes de Bethe dans un solide réel. L'équipe a fabriqué des cristaux de SrCo 2 V 2 O 8 , qui est un antiferromagnétique unidimensionnel du système modèle. Seuls les atomes de cobalt ont des moments magnétiques, ils sont tous alignés dans une direction et les moments adjacents s'annulent.

A la source de neutrons de Berlin BER II, il a été possible d'étudier l'échantillon avec des neutrons sous des champs magnétiques extrêmement élevés jusqu'à 25,9 Tesla. A partir des données, les physiciens ont obtenu un diagramme de phase de l'échantillon en fonction du champ magnétique, et également d'autres informations sur les motifs magnétiques internes, ce qui pourrait être comparé à l'idée de Bethe qui a été quantifiée par un groupe théorique dirigé par Jianda Wu.

"Les données expérimentales sont en excellent accord avec la théorie, " explique le professeur Bella Lake. " Nous avons pu identifier clairement deux et même trois chaînes de cordes Bethe et déterminer leur dépendance énergétique. Ces résultats nous montrent une fois de plus à quel point la physique quantique fonctionne à merveille."