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Les électrons dans les métaux ont tendance à présenter un seul comportement à température nulle, lorsque toute l’énergie cinétique est éteinte. Il faut contrecarrer l’interaction électronique pour briser la domination d’un ordre électronique particulier et permettre de multiples configurations possibles. Résultats récents publiés dans Nature Physics sur les filets kagome suggèrent que ce treillis triangulaire est très efficace pour ce faire.
Nommé d'après le motif tissé en panier de bambou japonais, un treillis kagome bidimensionnel (2D) est construit par une série de triangles partageant des coins. Lorsque chaque coin est occupé par des moments magnétiques avec des corrélations antiferromagnétiques, les interactions entre voisins les plus proches favorisent les spins anti-alignés.
Le système est donc géométriquement frustré pour atteindre un état magnétiquement ordonné, normalement appelé frustration magnétique. À la fin des années 1980, il a été démontré que le réseau kagome antiferromagnétique pourrait être le système magnétique 2D le plus frustré que l'on puisse construire.
Un groupe particulier de supraconducteurs kagome a récemment suscité un débat scientifique intense, avec une série d'études révélant des propriétés apparemment contradictoires dans ces matériaux.
Aujourd'hui, une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) en Allemagne a réussi à étudier un membre de ce groupe de matériaux kagome sans perturbations externes – une étape cruciale pour comprendre son caractère intrinsèque. état fondamental électronique.
Lorsque les réseaux kagome 2D sont combinés en métaux 3D, ces métaux dits kagome deviennent un riche banc d'essai pour explorer l'interaction entre les excitations topologiques non triviales et les fortes corrélations électroniques. De plus, la forte frustration géométrique empêche l'établissement des ordres électroniques car plusieurs états fondamentaux possibles sont presque énergétiquement dégénérés, ce qui signifie qu'il existe deux ou plusieurs états fondamentaux électroniques possibles qui sont presque énergétiquement équivalents.
L'échelle d'énergie du système étant davantage normalisée par les corrélations électroniques, les métaux kagome affichent souvent un ordre électronique entrelacé, car même des perturbations négligeables modifient radicalement leurs propriétés physiques.
En raison de leur constitution structurelle et de leurs frustrations magnétiques, les propriétés des matériaux kagome réagissent très fortement à des perturbations, même apparemment mineures. Cette accordabilité extrême a été fortement illustrée par les progrès récents d'un groupe de supraconducteurs kagome, AV3 Sb5 . Ces matériaux affichent des ordonnancements électroniques à environ 100 Kelvin Celsius et un état fondamental supraconducteur avec une température critique à ~ 3 K.
Au-delà de cela, un ensemble impressionnant d'expériences ont démontré que « quelque chose d'autre » se produit dans ce matériau, souvent associé à une température initiale de T'~ 30 K. Les scientifiques tentent de comprendre la nature de ces changements et pourquoi ils se produisent. Jusqu'à présent, les résultats de la recherche ont été ouvertement contradictoires et vivement débattus.
Dans leurs travaux récemment publiés, les chercheurs ont démontré que cet état, à première vue contradictoire, de la littérature est une caractéristique et non un bug. C'est une conséquence directe de l'état fondamental non conventionnel de AV3 Sb5 , qui présente plusieurs commandes électroniques entrelacées. Par conséquent, des perturbations externes telles que la contrainte ou le champ magnétique peuvent pousser le système hors de son état fondamental intrinsèque, conduisant à des observations expérimentales controversées.
Pour identifier l'état fondamental électronique inhérent sans perturbations, ils ont développé une nouvelle approche sans contrainte basée sur la technique du faisceau d'ions focalisé pour isoler AV3 Sb5 des perturbations telles que la déformation différentielle thermique.
Ces avancées techniques ont permis à l’équipe de révéler sans ambiguïté l’état fondamental électronique intrinsèque, ainsi que sa réponse drastique aux perturbations externes dans ces supraconducteurs kagome. Leurs travaux fournissent une image unificatrice de l'ordre controversé des charges dans les métaux kagome.
Les commandes électroniques faciles à manipuler dans les métaux kagome mettent en évidence la nécessité d’un contrôle des matériaux à l’échelle microscopique pour identifier les ruptures de symétrie émergentes dans les matériaux quantiques. Ils ouvrent également la voie à une voie passionnante vers l'électronique du futur.
Étant donné que les perturbations nécessaires pour modifier l’état fondamental de l’électronique sont extrêmement faibles, l’étude offre des informations importantes sur les propositions de longue date d’applications électroniques non triviales basées sur les instabilités électroniques des matériaux quantiques. De toute évidence, les électrons apprennent à danser sur de nombreux airs dans les structures kagome.
Plus d'informations : Chunyu Guo et al, Ordre corrélé au point de basculement dans le métal kagome CsV3 Sb5 , Physique de la nature (2024). DOI :10.1038/s41567-023-02374-z
Fourni par la Société Max Planck
