Dans une conclusion qui donnera aux théoriciens beaucoup à méditer, une équipe tout-RIKEN a observé une réponse inattendue dans un matériau exotique connu sous le nom d'isolant de Mott lorsqu'ils y ont injecté des électrons. Cette observation promet de donner aux physiciens de nouvelles perspectives sur de tels matériaux, qui sont étroitement liés aux supraconducteurs à haute température.

Ni un morceau de silicium ni un isolant Mott ne conduisent l'électricité, mais pour des raisons très différentes. En silicium, les électrons sont étroitement liés aux atomes et nécessitent beaucoup d'énergie pour devenir des électrons de conduction mobiles. En revanche, dans un isolateur Mott, les électrons peuvent ne pas être fortement liés aux atomes, mais leur mouvement est au contraire freiné par leur répulsion mutuelle.

L'émergence de l'état de Mott à partir d'interactions entre électrons conduit à des propriétés inhabituelles. "Un petit excès ou déficit d'électrons dans un isolant de Mott peut conduire à une supraconductivité à haute température, qui pourrait avoir une énorme valeur pratique à l'avenir, " dit Christopher Butler du RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS). " Dans le disulfure de tantale isolant Mott, les électrons ne sont pas localisés à chaque atome, mais plutôt sur les crêtes d'une "onde de densité de charge" préexistante. Parce que l'onde de densité de charge est plutôt délicate, l'état de Mott peut facilement être modifié."

Mais pour exploiter le potentiel de cet état isolant de Mott et l'onde de densité de charge qui l'accueille, les scientifiques doivent mieux comprendre la physique qui les relie.

Maintenant, Butler et trois collègues, tous au CEMS, ont ajouté des électrons en excès à un isolant de Mott à l'aide de la pointe d'un microscope à effet tunnel (Fig. 1) et ont observé une réponse surprenante :les spectres à effet tunnel ont montré une caractéristique nette, un état distinct qui déclenche des vibrations dans le réseau ionique.

Le modèle théorique conventionnel pour les isolateurs de Mott prédit que le spectre devrait être lisse et non descriptif. "Il était très surprenant que nous ayons vu des caractéristiques aussi nettes dans nos mesures de spectroscopie à effet tunnel, " dit Butler. " Ils peuvent indiquer qu'il se passe quelque chose qui dépasse les limites de la théorie habituelle. "

Butler note que certains calculs théoriques prédisent des caractéristiques nettes similaires à celles que son équipe a vues, mais ils impliquent des entités semblables à des particules appelées quasiparticules, qui sont controversées car on ne pense pas qu'elles existent dans les vrais isolateurs Mott. "Il y a des explications concurrentes pour l'observation qui sont moins controversées, " dit Butler. " Mais s'il s'avère finalement que les résultats du calcul indiquant l'existence de quasiparticules sont exacts, cela pourrait ébranler la compréhension théorique des isolateurs Mott. »