Les physiciens ont découvert une nouvelle phase de matière, surnommée « Half Ice, Half Fire », qui pourrait ouvrir la porte à de nouvelles progrès dans des domaines tels que l’informatique quantique.
La nouvelle phase combine un certain nombre de tours « up » d’électrons dans un atome, qui sont fortement commandés et appelés cycles froids, avec un certain nombre de tours « en bas », qui sont très désordonnés et appelés cycles chauds – prêtant la phase de son surnom, « demi-glace, demi-feu ».
« Half Ice, Half Fire » est une découverte significative non seulement en raison de sa nouveauté, mais aussi parce qu’elle peut produire une commutation nette entre les phases à des températures raisonnables. C’est le jumeau de l’État « Half Fire, Half Ice » observé pour la première fois par la même équipe au Brookhaven National Laboratory – Physiciens Weiguo yin et Alexei Tsvelikaux côtés de leur stagiaire d’alors, Christopher Roth – en 2016.
Ces découvertes donnent un aperçu de certaines des questions centrales de la physique et des sciences des matériaux, selon l’équipe, ainsi que de faire avancer la capacité d’identifier de nouveaux états de matière avec des propriétés exotiques et manipuler la transition entre ces états.
« La résolution de ces problèmes pourrait conduire à de grandes avancées dans des technologies comme calcul quantique et spintronics « , a déclaré Yin dans un déclaration de Brookhaven National Lab. Tsvelik a ajouté que les résultats de l’équipe « peuvent ouvrir une nouvelle porte à la compréhension et au contrôle des phases et des transitions de phase dans certains matériaux ».
« Pièces manquantes du puzzle »
Yin et Tsvelik ont découvert « Half Ice, Half Fire » pour la première fois lors de la recherche sur un type de matériau magnétique appelé ferrimagnet. Les ferrimagnets ont des populations d’atomes avec des moments magnétiques opposés, mais parce que les populations sont inégales, une aimantation demeure.
Le ferrimagnet spécifique dans lequel « la moitié de la glace, le demi-feu » a été observé est Sr3cuiro6, un composé qui se compose de strontium, de cuivre, d’iridium et d’oxygène. C’est le même matériau dans lequel l’équipe a découvert à l’origine « Half Fire, Half Ice », qu’ils ont induit ou a fait se produire dans le ferrimagnet, en exposant le matériau à un externe champ magnétique. Dans « Half Fire, Half Ice », des tours chauds se sont produits sur les sites de cuivre et ont eu des mouvements magnétiques plus petits, tandis que les sites de l’iridium ont donné des tours froids avec des mouvements magnétiques plus grands.
Bien que ce soit une découverte passionnante, Tsvelik a admis que ce n’était qu’une première étape.
« Malgré nos recherches approfondies, nous ne savions toujours pas comment cet état pouvait être utilisé », a-t-il déclaré. « Il nous manquait des pièces du puzzle. »
Maintenant, les travaux récents, menés par Yin, ont révélé que « Half Fire, Half Ice » a un état caché et opposé dans lequel les tours chauds et froids échangent des positions. L’équipe a identifié une plage de température extrêmement étroite dans laquelle le commutateur entre les phases a lieu, ce qui a des implications prometteuses pour un certain nombre de champs.
Commercialement, ce type de commutation de phase ultrasharp pourrait entraîner des progrès de la technologie de réfrigération. Il peut même être possible d’utiliser les phases elles-mêmes comme bits dans une nouvelle approche du stockage des informations quantiques. « La porte à de nouvelles possibilités est désormais grande ouverte », a déclaré Yin.
Les recherches de l’équipe sur la nouvelle phase ont été publiées dans la revue Lettres d’examen physique en décembre 2024.
