Les transitions de phase sont un élément fondamental de la physique et de la chimie. Nous connaissons tous les différentes phases de l'eau, par exemple, mais cette idée d'un système de particules changeant à quoi il ressemble et comment il se comporte est vraiment omniprésente dans la science. Et tandis que nous connaissons le résultat de la transformation de l'eau en glace, le processus précis conduit à de nombreux types de glace :parfois la glace est transparente et d'autres fois non, et la différence a à voir avec la façon dont vous le congelez. Ainsi, étudier comment se produit une transition de phase nous en dit long sur la physique fondamentale, et sur les phases résultantes des deux côtés.

Au niveau de la physique quantique, la même idée s'applique. Nous pouvons voir le changement d'un système d'un état à un autre lorsque nous modifions lentement la température à travers la température critique; par exemple, on voit que la matière devient dure, tout comme nous pouvons regarder la glace se former. Mais nous ne voyons pas les détails au niveau atomique au fur et à mesure qu'ils se produisent. Dans ce travail, nous avons pu surmonter cela et ouvrir une fenêtre sur la façon dont les atomes se réorganisent d'une phase du système à une autre sur des échelles de temps atomiques (picosecondes).

Dans ce travail particulier, nous avons étudié CeTe 3 . Il fait partie d'une classe plus large de matériaux, les tri-tellurures de terres rares. Si vous regardez sa structure atomique à haute température, ce matériau est construit comme un filet empilé de carrés. Au fur et à mesure que la température baisse, les carrés se transforment en rectangles. Cela peut arriver dans deux directions (appelons-les A et B), mais le matériel n'en choisit qu'un. Lequel dépend du hasard :des contraintes et des déformations locales dans le matériau causées par des défauts.

Dans l'expérience, nous avons utilisé des impulsions laser intenses ultracourtes pour sortir brièvement le système de son état de rectangle "A" et avons observé comment il tentait de se reformer. Puisqu'il n'y a pas de force motrice particulièrement forte vers l'un ou l'autre état de rectangle, le système formait à la fois des rectangles A et B. Comme l'un des rectangles (sur des échelles de temps atomiques picosecondes) domine l'autre, de petites flaques du "mauvais" état restent, qui sont difficiles à éliminer et durent des nanosecondes (100x plus longtemps).

Ces résultats nous renseignent sur les aspects fondamentaux de la façon dont les changements de phase se produisent, comment diverses parties des matériaux « parlent » entre elles pour aligner leurs atomes afin que les motifs correspondent, et quel est le paysage énergétique sur lequel tout cela se passe.

Quand on sait ce qui se passe avec les matériaux quantiques et comment ils changent d'état au niveau atomique, nous pouvons utiliser ces connaissances pour développer de nouveaux et meilleurs appareils, comme les appareils d'IRM, et une meilleure mémoire informatique.