Démêler la dynamique des transitions de phase

Une nouvelle découverte dans le domaine de la physique permettra de progresser dans la compréhension de la dynamique des transitions de phase.

Les résultats des recherches au cours desquelles cette découverte a été réalisée sont applicables à la cosmologie, à la physique des hautes énergies, à la mécanique statistique, aux systèmes de matière condensée et à d’autres domaines scientifiques.

Dans l’étude, réalisée par une équipe internationale dirigée par Kai Du de l’Université Rutgers aux États-Unis et avec la participation du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) d’Espagne, on a caractérisé pour la première fois, à partir d’une étude expérimentale et point de vue théorique. , la formation de domaines de type Ising (les types d’ordre les plus populaires et fondamentaux dans la physique théorique et expérimentale de la matière condensée) dans des matériaux qui ont une transition de phase continue (processus physiques de changement entre deux états bien déterminés , par exemple polarisation vers le haut ou vers le bas).

Les transitions de phase et les phénomènes associés, qui suscitent l’intérêt de la communauté scientifique depuis des décennies, ont été caractérisés en profondeur dans des situations d’équilibre. Ainsi, on sait qu’au voisinage du point critique d’une transition de phase continue, la longueur de corrélation et le temps de corrélation divergent suivant une loi de puissance universelle. “Hors équilibre, la description de la dynamique à travers une transition de phase constitue un défi fascinant, car elle implique des états de la matière caractérisés par différentes symétries”, explique Fernando Gómez-Ruiz, chercheur au CSIC à l’Institut de physique fondamentale (IFF). ).

À l’aide de nouvelles techniques d’imagerie, de mesures sur de larges régimes de paramètres et de méthodes analytiques, les chercheurs ont réussi à valider l’applicabilité du mécanisme Kibble-Zurek (KZM) aux domaines de type Ising. KZM est une théorie qui décrit la dynamique hors équilibre des transitions de phase et prédit la densité des défauts topologiques après avoir traversé la transition de phase avec une vitesse finie. « Ce qui est le plus intrigant, c’est que KZM peut être testé en laboratoire dans des systèmes de matière condensée, bien qu’il ait été initialement proposé à l’échelle cosmique. Cependant, jusqu’à présent, les domaines de type Ising n’ont jamais été étudiés expérimentalement en termes de KZM, principalement en raison du manque de matériaux appropriés pour leur étude », explique Gómez-Ruiz.

Après avoir examiné deux types de domaines structuraux tridimensionnels, les résultats des travaux valident, d’une part, les domaines KZM pour Ising dans les systèmes de matière condensée et, d’autre part, fournissent des données nouvelles et révélatrices sur le comportement de ces domaines dans par rapport au KZM. De plus, la recherche ouvre une nouvelle porte à l’étude de nouveaux matériaux susceptibles de contenir des domaines magnétiques de type Ising.

La recherche ouvre une nouvelle porte à l’étude de la structure de nouveaux matériaux. (Illustration : Étonnants/NCYT)

« Ces travaux ouvrent de nouveaux domaines d’études en physique. Non seulement cela améliore notre compréhension de la dynamique des transitions de phase, mais cela ouvre également de nouvelles voies d’exploration de phénomènes aussi disparates que l’évolution de l’univers primitif, la polarisation électrique et la magnétisation des matériaux. Maintenant, nous les emmenons au laboratoire et les cartographions sur un morceau de matériau à l’état solide. Depuis la naissance du mécanisme Kibble-Zurek, les laboratoires de matière condensée sont devenus des bancs d’essai pour des théories qui fonctionneraient au niveau cosmologique”, explique Gómez- Ruiz.

L’étude s’intitule « Mécanisme Kibble-Zurek des domaines d’Ising » et a été publiée dans la revue académique Nature Physics. (Source : SCCI)