Dans une série d'expériences menées au laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie en Californie, des chercheurs ont dirigé d'intenses impulsions de rayons X sur des matériaux à l'échelle nanométrique fabriqués à partir du composé nickelate de néodyme. Lorsque les rayons X frappaient le matériau, ils émettaient des électrons énergétiques, qui étaient ensuite mesurés à l'aide d'un spectromètre.
Ce qui a intrigué les scientifiques, ce sont les propriétés de ces électrons émis. Ils s’attendaient à observer des électrons qui avaient gagné de l’énergie et se déplaçaient plus rapidement après avoir absorbé les rayons X. Au lieu de cela, ils ont constaté que la vitesse des électrons avait diminué et qu’ils se comportaient comme s’ils étaient beaucoup plus lourds que prévu.
Le Dr Juncong Zhang, chercheur postdoctoral au SLAC et co-auteur de l'étude, a expliqué :« C'était comme si les électrons avaient revêtu de minuscules « manteaux » virtuels, ce qui les ralentissait tout en les faisant paraître plus massifs.
Le comportement observé ne peut pas être expliqué par les théories physiques traditionnelles, qui prédisent que lorsque les particules gagnent de l’énergie, elles se déplacent plus rapidement. Cela suggère plutôt l’existence d’interactions ou de mécanismes dans ces matériaux qui modifient le comportement des électrons lorsqu’ils interagissent avec des photons de haute énergie.
L'équipe de recherche pense que cet effet implique l'interaction entre les électrons et les vibrations du réseau dans le matériau, ce qui conduit à un réarrangement temporaire de la structure électronique du nickelate de néodyme. Ces interactions dynamiques donnent lieu au phénomène « électron lourd ».
Le Dr Zahid Hussain, chercheur principal au SLAC et co-auteur de l'étude, a déclaré :« Nos observations indiquent que les électrons peuvent présenter de nouvelles propriétés intrigantes lorsqu'ils sont déséquilibrés par des stimuli intenses et ultrarapides comme une impulsion de rayons X. »
Les résultats, publiés dans la revue Science, sont importants pour comprendre le comportement des électrons dans des conditions extrêmes et pourraient faire la lumière sur les interactions électroniques dans des matériaux complexes. Ces connaissances pourraient avoir des implications dans des domaines tels que la supraconductivité et le développement de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques souhaitables.
Au-delà de son importance scientifique, la recherche met également en évidence la capacité d’installations de pointe à rayons X telles que la source de lumière cohérente Linac (LCLS) du SLAC à étudier les processus ultrarapides dans les matériaux et à capturer des détails sans précédent sur leur comportement électronique.
