Les ondes d'eau sont des excitations localisées dans l'eau, qui, à bien des égards, se comportent comme des particules, ayant des vitesses et de l'énergie, interagir, etc. Dans les matériaux, certaines excitations peuvent se comporter encore plus comme des particules, avec toutes sortes de propriétés accordables :les quasi-particules. Crédit :Pixabay/CC0 domaine public
Les lois de la mécanique quantique permettent l'existence de « quasi-particules » :des excitations dans les matériaux qui se comportent exactement comme des particules ordinaires. Un avantage majeur des quasi-particules par rapport aux particules ordinaires est que leurs propriétés peuvent être modifiées. Dans un Matériaux naturels Article News &Views cette semaine, Le physicien IoP Erik van Heumen décrit des expériences récentes où même les interactions entre les quasi-particules peuvent être réglées.
Dans les années récentes, la branche mathématique de la topologie, étudier les formes des choses, et la branche physique de la physique de la matière condensée, étudier le comportement des solides et des fluides, ont fusionné dans un nouveau domaine de recherche passionnant :celui des matériaux topologiques. L'un des aspects les plus passionnants de ce domaine combiné est l'émergence de quasi-particules exotiques :des perturbations locales dans des matériaux qui se comportent exactement comme des particules. Que de telles quasi-particules puissent exister, était déjà connue par la description quantique des matériaux simples. Ce que la combinaison avec la topologie offre, c'est un tout nouvel ensemble de telles particules, connu par exemple sous le nom de fermions de Dirac et de Weyl, axions et monopôles magnétiques.
Interactions d'ingénierie
S'affranchir des règles strictes des particules ordinaires dictées par la nature, les chercheurs maîtrisent les propriétés des quasi-particules par un choix judicieux des matériaux utilisés pour les générer. Un souhait qui figurait en tête de liste était de trouver des matériaux dans lesquels le type et la force des interactions entre les quasi-particules peuvent être réglés.
Récemment, une famille de matériaux a été découverte qui présente des atomes arrangés dans un réseau dit de kagome. Dans son article « News &Views », Erik van Heumen décrit des expériences, rapporté dans la dernière édition de Matériaux naturels , qui suggèrent la formation dans ces matériaux d'une 'onde de densité de flux', une excitation qui fournit la première confirmation des prédictions théoriques selon lesquelles ces matériaux pourraient héberger des quasi-particules en interaction exotique. Le fait que de telles interactions ajustables entre les quasi-particules dans les matériaux puissent désormais être créées en laboratoire est très prometteur pour les futures études des matériaux topologiques.
