Une découverte récente par des physiciens de l'Université de l'Arkansas pourrait aider les chercheurs à établir l'existence de liquides de spin quantiques, un nouvel état de la matière. Ils sont un mystère depuis qu'ils ont été proposés pour la première fois dans les années 1970. S'il est prouvé qu'il existe, les liquides de spin quantique seraient un pas vers beaucoup plus rapide, l'informatique quantique de nouvelle génération.

Les scientifiques ont concentré leur attention et leurs recherches sur le liquide de spin dit de type Kitaev, nommé en l'honneur du scientifique russe, Alexeï Kitaïev, qui l'a proposé le premier. En particulier, ils ont examiné en détail deux matériaux - RuCl 3 et Na 2 IrO—comme candidats pour ce type. Les deux ont de petits nombres de spins quantiques.

"Les candidats traditionnels sont assez limités à ces deux-là, " dit Changsong Xu, chercheur au Département de physique et premier auteur d'un article publié dans la revue Lettres d'examen physique .

Dans leurs récents travaux, Les physiciens de l'U of A ont considérablement augmenté le nombre de matériaux qui pourraient être candidats comme liquides de spin quantique de Kitaev en examinant des matériaux avec des nombres de spin quantiques plus élevés, et en soumettant les matériaux à des contraintes physiques pour régler leurs états magnétiques.

"Soudainement, nous nous rendons compte qu'il y a des dizaines de candidats que nous pouvons proposer, " dit Xu.

Les liquides de spin quantique sont définis par leur arrangement magnétique inhabituel. Les aimants ont un pôle nord et sud, qui combinés sont appelés dipôles. Ceux-ci sont généralement produits par le spin quantique des électrons. A l'intérieur d'un matériau magnétique, les dipôles ont tendance à être tous parallèles les uns aux autres (ferromagnétisme) ou alternent périodiquement leur direction ascendante et descendante (antiferromagnétisme).

Dans le cas d'hypothétiques liquides de spin quantique, les dipôles ne sont pas aussi bien ordonnés. Au lieu, ils présentent un ordre inhabituel à une petite distance l'un de l'autre. Un ordre différent crée différents types de liquides d'essorage.

Xu, avec le professeur distingué de physique Laurent Bellaiche et ses collègues en Chine et au Japon, utilisé des modèles informatiques pour prédire un état liquide de spin quantique de Kitaev dans des matériaux tels que l'iodure de chrome et le tellurure de chrome germanium. L'oeuvre, qui a été soutenu par des subventions de l'Arkansas Research Alliance et du ministère de l'Énergie, donnera aux chercheurs beaucoup plus de matériaux à étudier dans une recherche pour prouver l'existence de liquides de spin quantiques, dit Xu.