L’oxyde métallique lié à la pérovskite, TbInO3 présente un état exotique de la matière appelé liquide de spin quantique, selon une équipe de chercheurs de l’université de Liverpool et de l’université McMaster.
En raison de l’environnement local du terbium dans TbInO3un réseau en nid d’abeille de spins de terbium émerge dans la structure cristalline lors du refroidissement. Crédit image : Clark et al, doi : 10.1038/s41567-018-0407-2.
L’état liquide de spin quantique a été théoriquement proposé par le lauréat du prix Nobel Philip Anderson en 1973.
Dans les liquides de spin quantiques, les moments magnétiques se comportent comme un liquide et ne se figent pas ou ne s’ordonnent pas, même au zéro absolu, ce qui donne lieu à plusieurs propriétés extraordinaires des matériaux.
La matérialisation des liquides de spin quantiques est encore largement contestée. Ainsi, la découverte et l’exploration de nouveaux matériaux susceptibles d’accueillir cet état de la matière sont des domaines actifs de la recherche sur les matériaux avancés et ont des applications potentielles dans le développement de l’informatique quantique.
Grâce à des technologies expérimentales de pointe, notamment la diffusion inélastique des neutrons et la spectroscopie des muons, Lucy Clark, de l’université de Liverpool, et ses collègues ont découvert que l’état quantique exotique de TbInO3 émerge de la complexité de l’environnement local autour des ions magnétiques dans le matériau, dans ce cas, du terbium, un élément de terre rare.
La découverte a été une surprise pour l’équipe car TbInO3 est un matériau qui ne devrait pas présenter un comportement magnétique aussi inhabituel en raison de sa structure cristalline.
“Lorsqu’on étudie des états quantiques complexes de la matière, comme le liquide de spin quantique, la réalisation d’une expérience soulève souvent plus de questions qu’elle ne peut en résoudre”, a déclaré le Dr Clark.
“Dans le cas de TbInO3Cependant, la physique est particulièrement riche, et nous étions donc particulièrement motivés pour persévérer.”
“Notre étude montre que TbInO3 est un matériau magnétique fascinant, et un matériau très probablement doté de nombreuses autres propriétés intrigantes que nous devons encore découvrir.”
“Ce matériau semble faussement simple, avec des spins de terbium décorant une architecture triangulaire bidimensionnelle”, a déclaré le professeur Bruce Gaulin, directeur du Brockhouse Institute for Materials Research de l’université McMaster.
“Mais avec l’ensemble des techniques expérimentales modernes à notre disposition, le magnétisme à basse température de cette structure, basée sur deux environnements de terbium distincts, présente un état de matière désordonné quantique tout à fait exotique – un résultat inattendu et passionnant.”
La découverte est rapportée dans le journal Nature Physics.
