Des chercheurs de l'Université d'Uppsala et d'autres collaborateurs ont découvert un nouveau matériau quantique bidimensionnel dans une étude récemment publiée dans Nature. Ce matériau révolutionnaire, composé de couches atomiquement minces de cérium, de silicium et d'iode (CeSiI), marque la première apparition d'un matériau bidimensionnel contenant des fermions lourds.
"Les électrons du CeSiI sont 100 fois plus massifs que ceux des matériaux ordinaires. C'est pourquoi on les appelle fermions lourds." "La particularité de CeSiI est que cette masse effective est anisotrope et dépend de la direction dans laquelle les électrons se déplacent dans la couche atomique", a déclaré Chin-ShenOng, l'un des chercheurs de l'Université d'Uppsala à l'origine de l'étude.
L'étude est le résultat d'une collaboration entre des chercheurs en théorie des matériaux de l'Université d'Uppsala et des chercheurs de l'Université de Columbia aux États-Unis. Pour les chercheurs en matériaux de l’Université d’Uppsala, le principal problème est d’étudier théoriquement les propriétés quantiques des électrons dans les matériaux.
Le contexte et la signification des fermions lourds
Les composés de fermions lourds constituent une classe de matériaux présentant des interactions électroniques extrêmement fortes. Au cours de ce processus, ils se déplacent de manière coordonnée selon ce que l’on appelle des fluctuations quantiques. Cette interaction rend les électrons 100 ou 1 000 fois plus massifs que les électrons des matériaux ordinaires. On pense que ces fluctuations quantiques jouent un rôle important dans de nombreux phénomènes quantiques jusqu’à présent inexpliqués, tels que la supraconductivité non conventionnelle (où le courant électrique peut traverser les matériaux sans perdre d’énergie) et le magnétisme.
Les matériaux à fermions lourds sont étudiés depuis des décennies, mais jusqu'à présent, l'accent a été mis sur les matériaux dans lesquels les atomes sont étroitement regroupés dans des structures tridimensionnelles. Dès les années 1970, les chercheurs de l’Université d’Uppsala ont commencé à se concentrer sur les matériaux à base de cérium et ont obtenu de grands succès.
Cependant, le nouveau matériau, synthétisé dans un laboratoire de l’Université de Columbia, est unique car il possède une structure cristalline bidimensionnelle avec une séparation nette entre les couches et une épaisseur atomique très fine. Les couches, composées de couches de cérium, de silicium et d'iode (CeSiI), constituent le premier matériau bidimensionnel contenant des fermions lourds.
"Grâce à cette découverte, nous disposons désormais d'une plate-forme de matériaux considérablement améliorée pour étudier les structures électroniques pertinentes. Les matériaux 2D sont comme des briques Lego. Nos partenaires travaillent déjà sur l'ajout de couches d'autres matériaux 2D pour créer un nouveau matériau doté de propriétés quantiques personnalisées", explique Chin-ShenOng.
Source compilée : ScitechDaily