Découvertes scientifiques : Les Russes créent une nouvelle matière

De telles matières pourraient être utilisées dans des technologies quantiques basées sur le brouillage des fonctions d’onde de certaines particules. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Inorganic Chemistry.
Un spin est un moment magnétique particulier de l’électron constituant une propriété universelle des particules élémentaires. Dans plusieurs matières à température ambiante, les spins des particules sont désordonnés et se déplacent, et se figent et s’ordonnent seulement lorsque la température diminue.
Le liquide de spins est un état de substance extrêmement rare dans lequel les spins des électrons restent désordonnés et poursuivent leur mouvement même à des températures proches du zéro absolu. La possibilité de l’existence d’un tel état était étudiée encore à l’aube de la mécanique quantique, mais les scientifiques n’ont entamé que récemment la recherche d’une telle matière.
A ce jour, le minéral herbertsmithite était considéré comme le candidat principal pour obtenir du liquide de spins car ses ions de cuivre, en tant que porteurs du moment magnétique, forment un réseau bidimensionnel parfait kagomé (pavage trihexagonal japonais). Une autre substance a été inscrite sur la liste des matières possédant potentiellement des propriétés de liquide de spins grâce au travail des chercheurs russes.
Des scientifiques de l’Université d’Etat Lomonossov de Moscou et de l’Université nationale de recherche et de technologies MISiS ont synthétisé des cristaux de sodium bismuth oxo-cuprate phosphate chloride avec un réseau kagomé carré à l’intérieur desquels aucun ordre magnétique ne s’établit avec un refroidissement jusqu’à -271°C. C’est pourquoi les chercheurs ont supposé que dans la matière créée à basse température, le sous-système de spins se comportait comme un liquide de spin brouillé.
L’objet synthétisé se compose d’atomes de sodium, de cuivre, de bismuth, de phosphore, d’oxygène et de chlore, a déclaré Alexandre Vassiliev, l’un des auteurs de l’étude, responsable du laboratoire des matières quantiques fonctionnelles à l’université MISiS. «On peut distinguer deux fragments-modèles principaux dans la construction cristalline du candidat aux liquides de spins. Le premier, ce sont des couches constituées par des clusters de quatre tétraèdres. Au centre de chaque tétraèdre se trouvent des atomes d’oxygène. Dans les trois sommets du tétraèdre se trouvent des atomes de cuivre, dans le quatrième se trouve un atome de bismuth. De telles couches portent une charge positive et sont prêtes à la partager avec le second fragment de charge négative», a-t-il déclaré à RIA Novosti.
La seconde couche, d’après le chercheur, se combine à partir de polyèdres au centre desquels se trouvent des atomes de sodium, de phosphore et de cuivre, et aux sommets des atomes d’oxygène et (ou) de chlore.
«Les interactions des couches décrites sont souvent interprétées comme le modèle «hôte-maître». On notera que le nouveau composé a été obtenu avec un excès de sel ordinaire! Le sel a contribué à la création de la matrice-maître qui a accueilli le fragment hôte de la solution avec la formation d’une matière ayant des propriétés physiques uniques», a expliqué A. Vassiliev. Et d’ajouter qu’à terme, cette matière pourrait être utilisée dans les technologies quantiques basées sur le brouillage des fonctions d’onde de certaines particules.