La famille des électrons crée un état de la matière jusque-là inconnu –

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  • Une équipe de recherche internationale du Pôle d’Excellence ct.qmat-Complexité et topologie en matière quantique a démontré un état complètement nouveau de la matière dans un métal. Il est créé par la combinaison de quatre électrons – jusqu’à présent, seules des paires d’électrons étaient connues. Cette découverte pourrait conduire à un nouveau type de supraconductivité, à une toute nouvelle direction de recherche et à des technologies révolutionnaires telles que les capteurs quantiques. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue Physique de la nature.

    Le transport d’énergie électrique sans dissipation – également connu sous le nom de supraconductivité – est considéré comme une lueur d’espoir pour l’industrie énergétique. Depuis sa découverte il y a plus de 100 ans, les scientifiques du monde entier étudient ce phénomène quantique bien connu, qui nécessite cependant que les électrons des métaux soient refroidis à des températures ultra-basses. Une équipe de scientifiques du Pôle d’Excellence ct.qmat-Complexité et topologie en matière quantique aux universités de Dresde et de Würzburg a maintenant fait une découverte remarquable : dans certains métaux supraconducteurs, un composé de quatre électrons assure la création d’un état complètement nouveau de la matière. Jusqu’à présent, seules les paires d’électrons étaient connues pour jouer un rôle dans la supraconductivité. La découverte par l’équipe de recherche dirigée par le professeur Hans-Henning Klauss de la Technische Universität Dresden est donc considérée comme une étape importante pour la recherche sur les matériaux. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Physique de la nature.

    La famille Electron surprend les chercheurs

    En physique quantique, la supraconductivité, découverte dès 1911, est probablement le phénomène le plus connu à ce jour. Ses fondements théoriques sont compris depuis les années 1950. Il est essentiel que les électrons à ultra-basse température ne se déplacent plus à travers un métal individuellement, mais par paires. Les paires d’électrons n’entrent pas en collision avec le réseau atomique, de sorte qu’elles peuvent transporter leur charge sans aucune perte d’énergie.

    Lorsque les chercheurs de Dresde dirigés par Henning Klauss ont étudié expérimentalement le métal supraconducteur Ba1 foisKXFe2Comme2 de la classe des pnictides de fer, ils ont d’abord soupçonné une erreur : « Quand nous avons découvert que soudainement quatre électrons au lieu de deux formaient une liaison, nous avons d’abord cru qu’il s’agissait d’une erreur de mesure. Mais plus nous utilisions de méthodes pour confirmer le résultat, le il est devenu plus clair qu’il devait s’agir d’un phénomène nouveau : toutes les données sont cohérentes avec le même résultat. Nous savons maintenant que la famille d’électrons à quatre particules dans certains métaux crée un état complètement nouveau de la matière lorsqu’elle est refroidie à des températures ultra-basses. mènera à l’avenir deviendra clair au cours des prochaines années », commente le physicien de Dresde Hans-Henning Klauss.

    Résultats testés depuis plus de deux ans

    Il y a déjà une dizaine d’années, il était théoriquement prédit qu’il pourrait exister un état inhabituel de la matière dans certains métaux supraconducteurs, dans lequel quatre électrons au lieu de deux jouent un rôle. L’équipe de recherche internationale du Pôle d’Excellence ct.qmat vient de fournir les premières preuves expérimentales. Il a été scruté pendant deux ans en utilisant sept méthodes différentes.

    « Nous avons d’abord découvert le nouvel état de la matière dans un accélérateur de particules suisse. Nous avons ensuite pu confirmer nos résultats avec six autres méthodes sur site à Dresde et à l’Université de Stockholm. Le grand avantage de la localisation de Dresde est la courte distance : je peux apporter mon échantillon presque à pied vers un institut Leibniz ou un centre Helmholz », souligne l’expérimentateur principal du projet, le Dr Vadim Grinenko de TU Dresden. L’interprétation théorique des résultats de mesure vient du physicien suédois Prof. Egor Babaev.

    Nouveau type de supraconductivité possible

    La découverte des pnictides de fer en tant que classe de matériaux particulièrement adaptés à la supraconductivité a déjà déclenché un boom mondial de la recherche en physique et en science des matériaux à partir de 2008. L’industrie de l’énergie a de grands espoirs pour le phénomène quantique populaire car jusqu’à 15 % de l’énergie est perdue dans transport d’énergie conventionnel en raison de la résistance au transport. “Si vous pouviez réellement transporter de l’électricité à travers le pays dans des métaux supraconducteurs à température ambiante, une dizaine de grandes centrales électriques seraient immédiatement superflues”, explique Klauss. Cependant, la recherche fondamentale – comme celle du professeur Klauss – s’intéresse à la compréhension de la physique sous-jacente et peut au mieux spéculer sur les applications futures.

    “On peut supposer que nos résultats mèneront à une toute nouvelle ligne de recherche, à la recherche d’autres métaux avec quatre électrons connectés, par exemple, ou à l’exploration de la manière dont les matériaux doivent être modifiés pour créer une famille d’électrons”, explique Klauss. “En termes purement théoriques, un tout nouveau type de supraconductivité serait également possible avec notre famille d’électrons. La seule chose qui est certaine, c’est que les pnictides de fer sont bien adaptés aux technologies telles que les capteurs quantiques en raison de leur nouvel état d’agrégat.”

    Participation internationale

    Outre le professeur Hans-Henning Klauss, le Dr Vadim Grinenko de la TU Dresden et le professeur Egor Babaev de l’Institut royal de technologie de Stockholm ont été considérablement impliqués dans les résultats de la recherche actuelle. Les expériences ont été réalisées à l’Institut suisse Paul Scherrer à Villigen ainsi qu’à l’Institut Leibniz pour la recherche sur l’état solide et les matériaux à Dresde, le laboratoire d’aimants à champ élevé du Centre Helmholtz Dresden-Rossendorf et l’Institut AIST de Tsukuba au Japon. .

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    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

    Je suis l'auteur de plusieurs livre

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