Les cristaux spatio-temporels sont des structures auto-organisées périodiques dans le temps, postulées par le lauréat du prix Nobel de physique Frank Wilczek en 2012. Dans une nouvelle recherche, des physiciens allemands et polonais ont transféré ce concept à des quasi-particules appelées magnons et ont démontré expérimentalement un cristal spatio-temporel à température ambiante ; ils l’ont également imagé directement à l’aide d’un microscope à rayons X à transmission à balayage.
“Nous avons pris le modèle régulièrement récurrent des magnons dans l’espace et le temps, nous avons envoyé plus de magnons, et ils ont fini par se disperser”, a déclaré le premier auteur Nick Träger, un étudiant en doctorat à l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents.
“Ainsi, nous avons pu montrer que le cristal de temps peut interagir avec d’autres quasiparticules”.
“Personne n’a encore été capable de le montrer directement dans une expérience, et encore moins dans une vidéo.”
Dans leur expérience, Träger et ses collègues ont placé une bande de matériau magnétique sur une antenne microscopique à travers laquelle ils ont envoyé un courant de radiofréquence.
Ce champ de micro-ondes a déclenché un champ magnétique oscillant, source d’énergie qui a stimulé les magnons de la bande.
Les ondes magnétiques ont migré dans la bande de gauche à droite, se condensant spontanément en un motif récurrent dans l’espace et le temps.
Contrairement aux ondes stationnaires triviales, ce modèle s’est formé avant même que les deux ondes convergentes puissent se rencontrer et interférer.
Le modèle, qui disparaît et réapparaît régulièrement de lui-même, doit donc être un effet quantique.
Träger et al. ont démontré expérimentalement un cristal spatio-temporel piloté à température ambiante : (a) croquis de l’échantillon avec une bande de permalloy magnonique (Py) et un guide d’ondes coplanaire ; (b) instantané d’un film de microscopie à transmission à balayage de rayons X résolu dans le temps ; l’échelle de gris représente la composante mz ; (c) carte de phase et d’amplitude à fcw après FFT dans le temps à travers chaque pixel du film de microscopie à transmission à balayage de rayons X ; le code de couleur montre les informations d’amplitude et de phase. Crédit image : Träger et al, doi : 10.1103/PhysRevLett.126.057201.
“Non seulement il peut rendre les fronts d’onde visibles avec une très haute résolution, ce qui est 20 fois mieux que le meilleur microscope optique”, a déclaré le Dr Gisela Schütz, également de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents.
“Il peut même le faire à une vitesse allant jusqu’à 40 milliards d’images par seconde et avec une sensibilité extrêmement élevée aux phénomènes magnétiques également.”
“Nous avons pu montrer que ces cristaux spatio-temporels sont beaucoup plus robustes et répandus qu’on ne le pensait au départ”, a déclaré le coauteur, le Dr Pawel Gruszecki, un scientifique de la faculté de physique de l’Université Adam Mickiewicz.
“Notre cristal se condense à température ambiante et les particules peuvent interagir avec lui – contrairement à ce qui se passe dans un système isolé.”
“De plus, il a atteint une taille qui pourrait être utilisée pour faire quelque chose avec ce cristal spatio-temporel magnonique. Il pourrait en résulter de nombreuses applications potentielles.”
“Les cristaux classiques ont un très large champ d’applications”, a déclaré l’auteur principal, le Dr Joachim Gräfe, également de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents.
“Maintenant, si les cristaux peuvent interagir non seulement dans l’espace mais aussi dans le temps, nous ajoutons une autre dimension d’applications possibles. Le potentiel pour les technologies de communication, de radar ou d’imagerie est énorme.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
