Pour la première fois, des physiciens ont découvert que dans un champ magnétique extrêmement élevé, des électrons de Dirac “sans masse” peuvent acquérir une masse.
Image en fausses couleurs, obtenue par microscopie électronique à transmission à haute résolution, du pentatelluride de zirconium (ZrTe5) avec, en médaillon, un diagramme de diffraction des électrons de zone sélectionnée (SAED), montrant la normale de la couche le long de l’axe b. Barre d’échelle – 2 nm. Crédit image : Yanwen Liu et al.
“Stefano Sanvito, chercheur au Centre de recherche AMBER (Advanced Materials and BioEngineering Research) et à l’Institut CRANN du Trinity College de Dublin, en Irlande, a déclaré : “Il s’agit d’une percée très intéressante car, jusqu’à présent, personne n’avait découvert un objet dont la masse pouvait être activée ou désactivée par l’application d’un stimulus externe.
Bien que les applications de cette découverte restent à voir, elle représente une percée importante en physique fondamentale.
Elle pourrait inspirer des travaux en physique des hautes énergies, tels que les expériences de collision menées dans les accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN.
“Chaque objet physique a une masse, qui est une mesure de la résistance de l’objet à un changement de sa direction ou de sa vitesse, une fois qu’une force est appliquée”, explique le professeur Sanvito.
“Alors que nous pouvons facilement pousser un chariot de supermarché de masse légère, nous ne pouvons pas déplacer un camion à six roues de masse lourde en le poussant simplement.”
“Cependant, il existe dans la nature quelques exemples d’objets n’ayant pas de masse. Il s’agit notamment des photons, particules élémentaires découvertes par Albert Einstein et responsables du transport de la lumière, et des neutrinos, produits dans le Soleil à la suite de réactions thermonucléaires.”
Le professeur Sanvito et ses collaborateurs d’Australie, de Chine, d’Irlande et des Etats-Unis ont démontré pour la première fois une façon de générer de la masse dans un matériau.
“En principe, le stimulus externe qui a permis cela, le champ magnétique, pourrait être remplacé par un autre stimulus et peut-être appliqué à long terme dans le développement de capteurs ou d’actionneurs plus sophistiqués”, a déclaré le professeur Sanvito.
“Il est impossible de dire ce que cela pourrait signifier, mais comme toute découverte fondamentale en physique, l’importance est dans sa découverte.”
L’équipe de recherche a étudié ce qui arrivait au courant passant à travers le matériau exotique qu’est le pentatelluride de zirconium (ZrTe5) lorsqu’il est exposé à un champ magnétique extrêmement élevé.
La mesure d’un courant dans un champ magnétique est un moyen standard de caractériser la structure électronique du matériau.
En l’absence de champ magnétique, le courant circule facilement à travers le ZrTe.5. Cela est dû au fait que dans le ZrTe5 les électrons responsables du courant n’ont pas de masse.
Cependant, lorsqu’un champ magnétique de 60 Tesla (un million de fois plus intense que le champ magnétique de notre planète) est appliqué, le courant est considérablement réduit et les électrons acquièrent une masse.
Un champ magnétique intense dans le ZrTe5 transforme les électrons minces et rapides en électrons gros et lents.
Les résultats ont été publiés ce mois-ci dans le journal Nature Communications.
