Les électrons sont omniprésents parmi les atomes, jetons d'énergie subatomiques qui peuvent modifier indépendamment le comportement d'un système, mais ils peuvent également se modifier les uns les autres. Une collaboration de recherche internationale a révélé que la mesure collective des électrons a révélé des résultats uniques et imprévus. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 17 mai dans Lettres d'examen physique .

"Il n'est pas possible d'obtenir la solution simplement en traçant le comportement de chaque électron individuel, " a déclaré l'auteur de l'article Myung Joon Han, professeur de physique au KAIST. "Au lieu, il faut décrire ou suivre tous les électrons intriqués à la fois. Cela nécessite une manière intelligente de traiter cet enchevêtrement. »

Le professeur Han et les chercheurs ont utilisé une théorie des « nombreuses particules » récemment développée pour expliquer la nature intriquée des électrons dans les solides, qui se rapproche de la façon dont les électrons interagissent localement les uns avec les autres pour prédire leur activité globale.

Par cette approche, les chercheurs ont examiné des systèmes à deux orbitales, l'espace dans lequel les électrons peuvent habiter. Ils ont découvert que les électrons se sont verrouillés dans des arrangements parallèles au sein de sites atomiques dans les solides. Ce phénomène, connu sous le nom de couplage de Hund, donne un métal de Hund. Cette phase métallique, qui peuvent donner lieu à des propriétés telles que la supraconductivité, On pensait qu'il n'existait que dans les systèmes à trois orbitaux.

"Notre découverte renverse un point de vue conventionnel selon lequel au moins trois orbitales sont nécessaires pour que la métallicité de Hund émerge, " Le professeur Han a dit, notant que les systèmes à deux orbitaux n'ont pas été au centre de l'attention de nombreux physiciens. "En plus de cette découverte d'un métal de Hund, nous avons identifié divers régimes métalliques qui peuvent se produire naturellement dans les génériques, matériaux électroniques corrélés.

Les chercheurs ont trouvé quatre métaux différents corrélés. L'une tient à la proximité d'un isolateur Mott, un état d'un matériau solide qui devrait être conducteur mais empêche en fait la conduction en raison de la façon dont les électrons interagissent. Les trois autres métaux se forment lorsque les électrons alignent leurs moments magnétiques - ou phases de production d'un champ magnétique - à différentes distances de l'isolant de Mott. Au-delà de l'identification des phases métalliques, les chercheurs ont également suggéré des critères de classification pour définir chaque phase métallique dans d'autres systèmes.

"Cette recherche aidera les scientifiques à mieux caractériser et comprendre la nature plus profonde des soi-disant" matériaux fortement corrélés, " dans laquelle la théorie standard des solides s'effondre en raison de la présence de fortes interactions coulombiennes entre les électrons, " Le professeur Han a dit, se référant à la force avec laquelle les électrons s'attirent ou se repoussent. Ces interactions ne sont généralement pas présentes dans les matériaux solides mais apparaissent dans les matériaux avec des phases métalliques.

La révélation des métaux dans les systèmes à deux orbitaux et la capacité de déterminer le comportement des électrons dans l'ensemble du système pourraient conduire à encore plus de découvertes, selon le professeur Han.

"Cela nous permettra à terme de manipuler et de contrôler une variété de phénomènes de corrélation d'électrons, " dit le professeur Han.