Des vagues d'intrication observées onduler à travers un aimant quantique pour la première fois : ScienceAlert

En transformant des molécules organiques en une sorte d'aimant bizarre, des physiciens de l'Université d'Aalto et de l'Université de Jyväskylä en Finlande ont créé l'espace idéal pour observer l'activité insaisissable d'un état électronique appelé triplon.

Alors qu’un aimant de type jardin est généralement mieux décrit comme ayant deux pôles entourés d’un nid de lignes de champ, la curieuse construction connue sous le nom d’aimant quantique défie une description aussi simple.

Comme c'est le cas à chaque fois que le mot « quantique » apparaît, on peut imaginer un paysage où rien n'est sûr. Comme si on faisait tourner des roues de roulette dans un casino faiblement éclairé, tous les états sont peut-être jusqu'à ce que le croupier dise "plus de paris".

Plus étrange encore, les chiffres et les couleurs sur une roue sont mêlés à ceux des autres roues de manière non intuitive, de sorte que le noir sur l'une pourrait signifier atterrir sur le rouge sur l'autre.

Le nord et le sud étant réduits à un flux de probabilités, les aimants quantiques ont des propriétés qui manquent à votre aimant de réfrigérateur, ce qui en fait des objets pratiques pour explorer des phénomènes difficiles à repérer dans la plupart des autres environnements.

L'un de ces comportements est une vague de quasiparticules appelées triplons.

Entrez dans un sac atomique et extrayez un électron. Il y a une chance égale qu'il ait l'une des deux rotations ou saveurs de moment cinétique. Trouvez un électron de spin opposé et les deux s’annuleront. Félicitations, vous avez un état singulet d'électrons !

Ajoutez un troisième électron et vous ajouterez une autre petite quantité de torsion, créant ainsi un doublet.

Mais que se passe-t-il si les deux membres de votre duo initial ont le même spin ? Au lieu de s’annuler, ils se transforment désormais en un état triplet.

Bien que les deux électrons d'un triplet soient souvent stationnés sur leurs propres orbites atomiques distinctes, les physiciens peuvent facilement regrouper leurs caractéristiques et les traiter comme une « sorte de particule » : une quasi-particule.

Dans ce cas particulier, les spins des états triplets sont traités comme des particules uniques appelées triplons et ont des comportements distincts qui leur sont propres. Enchevêtrés dans un matériau, ils peuvent surgir et se déplacer de manière curieuse.

En théorie, tout cela est bien beau, mais il n’est pas toujours facile d’apercevoir de tels comportements semblables à des vagues dans la nature.

Ici, en construisant des aimants quantiques à partir d’un mélange d’atomes de cobalt et de molécules de phtalocyanine, les chercheurs ont créé les conditions idéales pour forcer les électrons à interagir sous forme de quasiparticules triplon, puis à propager leurs propriétés à travers le solide.

"En utilisant des éléments de base moléculaires très simples, nous sommes capables de concevoir et de sonder cet aimant quantique complexe d'une manière qui n'a jamais été réalisée auparavant, révélant des phénomènes introuvables dans ses parties indépendantes", explique le premier auteur de l'étude, Robert Drost, physicien appliqué. de l'Université Aalto.

"Bien que les excitations magnétiques dans des atomes isolés aient été observées depuis longtemps à l'aide de la spectroscopie à effet tunnel, cela n'a jamais été réalisé avec des triplons à propagation."

Ce n’est pas le genre de découverte qui va révolutionner la façon dont vous collez les précieux dessins de vos enfants sur la porte du réfrigérateur, mais l’électronique quantique s’avère utile en informatique et en cryptage.

Posséder quelques nouveaux outils pour manipuler les quasiparticules dans un casino quantique ne peut jamais s’égarer.

"Cette stratégie montre que nous pouvons concevoir de manière rationnelle des plates-formes matérielles qui ouvrent de nouvelles possibilités dans les technologies quantiques", déclare Jose Lado, chef du groupe de recherche sur les matériaux quantiques corrélés à l'Université Aalto.

Cette recherche a été publiée dans Physical Review Letters.