Les astronomes ont découvert une exoplanète en forme de ballon de football

Cette découverte pourrait ouvrir la voie à des appareils électroniques plus petits et plus rapides.

Dans le monde des particules, parfois deux valent mieux qu’un. Prenons, par exemple, les paires d’électrons. Lorsque deux électrons sont liés ensemble, ils peuvent glisser à travers le matériau sans frottement, conférant au matériau des propriétés supraconductrices. Ces doubles électrons, ou paires de Cooper, sont un type de particule hybride – un composé de deux particules qui se comportent comme une seule particule, avec des propriétés supérieures à la somme de leurs parties.

à présent

AVEC
MIT est un acronyme pour le Massachusetts Institute of Technology. Il s’agit d’une prestigieuse université de recherche privée à Cambridge, dans le Massachusetts, fondée en 1861. Elle est organisée en cinq écoles : architecture et planification ; ingénierie; sciences humaines, arts et sciences sociales; la gestion; et scientifique. L’impact du MIT comprend de nombreuses percées scientifiques et avancées technologiques.

“> avec Les physiciens ont découvert un autre type de particule hybride dans un matériau magnétique bidimensionnel inhabituel. Ils ont déterminé que les particules hybrides sont des mélanges d’électrons et de phonons (quasi-particules qui résultent d’atomes de matière vibrante). Lorsqu’ils ont mesuré les forces entre les électrons et les phonons, ils ont découvert que la gomme, ou liaison, était 10 fois plus résistante que tout autre hybride électron-phonon connu à ce jour.

L’extraordinaire liaison des particules montre que les électrons et les phonons des particules peuvent être accordés côte à côte ; Par exemple, tout changement d’électrons doit affecter les phonons, et vice versa. En principe, une excitation électronique, telle qu’une tension ou une lumière, appliquée à une particule hybride peut exciter les électrons comme ils le feraient normalement, et également affecter les phonons, qui affectent les propriétés structurelles ou magnétiques du matériau. De tels contrôles doubles pourraient permettre aux scientifiques d’appliquer une tension ou une lumière aux matériaux pour ajuster non seulement leurs propriétés électriques mais aussi leur magnétisme.

Vue d’artiste des électrons localisés dans les orbitales d qui interagissent fortement avec les ondes vibratoires du réseau (phonons). La structure lobée décrit le nuage d’électrons d’ions nickel dans NiPS3, également connu sous le nom d’orbitales. Les ondes émises par la structure orbitale représentent les vibrations des phonons. La ligne rougeoyante indique la formation d’un état lié entre les électrons et les vibrations du réseau. Crédit : Emre Ergecin

Les résultats sont particulièrement pertinents, car l’équipe a identifié des particules hybrides de nickel-phosphore trisulfure (NiPS).3), un matériau bidimensionnel qui a récemment attiré l’attention pour ses propriétés magnétiques. Si ces propriétés peuvent être manipulées, par exemple grâce à des particules hybrides récemment découvertes, les scientifiques pensent qu’un jour, le matériau pourrait servir de nouveau type de semi-conducteur magnétique, qui pourrait être transformé en une électronique plus petite, plus rapide et plus économe en énergie.

“Imaginez si nous pouvions générer des électrons et que les aimants répondaient”, a déclaré Noh Gedik, professeur de physique au MIT. « Ensuite, vous pouvez créer un appareil complètement différent de son fonctionnement actuel. »

Jedek et ses collègues ont publié leurs résultats le 10 janvier 2022 dans la revue Communication naturelle. Les co-auteurs incluent Emre Ergesen, Patir Elias, Dan Mao, Hui Chun-bo, Mehmet Burak Yilmaz et Senthil Todadri du MIT, ainsi que Junghyun Kim et Je-Geun Park de l’Université nationale de Séoul en Corée.

feuille de particules

Le domaine de la physique moderne de la matière condensée se concentre, en partie, sur l’étude des interactions de la matière à l’échelle nanométrique. Les interactions entre les atomes de matière, les électrons et d’autres particules subatomiques peuvent produire des résultats surprenants, tels que la supraconductivité et d’autres phénomènes étranges. Les physiciens recherchent cette interaction en condensant des produits chimiques sur une surface pour former une feuille de matériau bidimensionnelle, qui peut être aussi mince qu’une couche d’atomes simples.

En 2018, un groupe de recherche en Corée a découvert des interactions inattendues dans les panneaux composites NiPS3, un matériau bidimensionnel qui devient antimagnétique à des températures très basses d’environ 150 K, soit -123 degrés

Celsius
L’échelle Celsius, également connue sous le nom d’échelle centigrade, est une échelle de température nommée d’après l’astronome suédois Anders Celsius. Sur l’échelle Celsius, 0 °C est le point de congélation de l’eau et 100 °C est le point d’ébullition de l’eau à une pression de 1 atm.

“> Celsius. La microstructure antimagnétique ressemble à un nid d’abeilles d’atomes faisant tourner son tube anti-torsion. En revanche, les matériaux ferromagnétiques sont constitués d’atomes qui tournent parallèlement dans la même direction.

Dans le test NiPS3, le groupe a découvert que l’excitation particulière devient apparente lorsque la matière refroidit sa transition antimagnétique, bien que la nature exacte de l’interaction responsable ne soit pas claire. Un autre groupe a trouvé des signes de particules hybrides, mais leurs composants exacts et leurs relations avec ces excitations étranges ne sont pas non plus clairs.

Gidick et ses collègues se sont demandé s’ils pouvaient détecter la particule hybride, et obtenir les deux particules qui composent l’ensemble, en capturant leur mouvement de signature avec un laser ultrarapide.

visible magnétiquement

Le mouvement des électrons et autres particules subatomiques est généralement très rapide à photographier, même avec les appareils photo les plus rapides du monde. Le défi est comme de prendre des photos de gens qui courent, a déclaré Gedek. L’image résultante est floue car l’obturateur, qui permet à la lumière de capturer l’image, n’est pas assez rapide et la personne travaille toujours dans le cadre avant que l’obturateur ne puisse prendre une image nette.

Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé un laser ultrarapide qui émet des impulsions lumineuses qui ne durent que 25 femtosecondes (une femtoseconde correspond à un millionième de milliardième de seconde). Ils ont divisé l’impulsion laser en deux impulsions distinctes et les ont acheminées vers le NiPS. Goûter3. Les deux impulsions sont réglées avec un léger retard l’une par rapport à l’autre de sorte que la première excite, ou « donne un coup de pied » à l’échantillon, et la seconde capture la réponse de l’échantillon, avec une résolution temporelle de 25 femtosecondes. De cette façon, ils ont pu créer des « films » ultrarapides à partir desquels les interactions de diverses particules dans la matière ont pu être déduites.

Plus précisément, ils ont mesuré la quantité exacte de lumière réfléchie par l’échantillon en fonction du temps entre deux impulsions. Cette réflexion doit changer en quelque sorte dans le cas des molécules hybrides. Cela s’est avéré être le cas lorsque l’échantillon a été refroidi en dessous de 150 degrés Kelvin, lorsque le matériau est devenu antimagnétique.

“Nous avons découvert que ces particules hybrides n’étaient visibles qu’à une certaine température, lorsque l’aimant était allumé”, a déclaré Ergeçen.

Pour déterminer le composant d’une particule particulière, l’équipe a d’abord changé la couleur ou la fréquence du laser et a découvert que les particules hybrides sont visibles lorsque la fréquence de la lumière réfléchie se situe autour d’un certain type de transition qui se produit lorsque les électrons se déplacent entre deux d. orbitales. Ils ont également examiné la gamme de motifs périodiques visibles dans le spectre de la lumière réfléchie et ont constaté qu’ils correspondaient aux énergies de certains types de phonons. Cela indique que les particules hybrides sont formées par l’excitation d’électrons orbitaux d et de ces phonons spécifiques.

Ils ont effectué une modélisation supplémentaire sur la base de leurs mesures et ont découvert que les forces liant les électrons aux phonons étaient environ 10 fois plus fortes que prévu pour d’autres hybrides électron-phonon.

“Un moyen potentiel de tirer parti de ces particules hybrides est de vous permettre d’associer un composant et de régler indirectement l’autre”, a déclaré Elias. “De cette façon, vous pouvez modifier les propriétés du matériau, telles que l’état magnétique du système.”

Référence : « L’état de liaison des phonons à électrons sombres illuminés magnétiquement dans la lévitation magnétique de van der Waals » par Emre Ergesen, Patir Elias, Dan Mao, Hui Chun-bo, Mehmet Burak Yilmaz, Jonghyun Kim, Jeon Park, T. Senthel et Noh Gedik , Canon 102 (janvier) 2022, Communication naturelle.
DOI : 10.1038 / s41467-021-27741-3

Cette recherche a été financée en partie par le département américain de l’Énergie et la Fondation Gordon et Betty Moore.

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