Un état de matériau étrange relie l'isolant et le métal
Dans certains matériaux, les électrons passent d'un domaine d'énergie à l'autre, ce qui est strictement séparé. Il s'avère aujourd'hui que ce comportement n'est pas un cas exotique particulier, mais qu'il se produit naturellement et indique l'existence d'une nouvelle classe de matériaux.
D'ordinaire, les matériaux sont soit des métaux, soit des isolants, ce qui signifie que les porteurs de charge peuvent ou non s'y déplacer librement. Certes, les électrons semblent parfois se trouver dans une mystérieuse zone intermédiaire, mais de telles observations étaient considérées comme des anomalies difficiles à expliquer. Comme le rapportent les physiciens de l'état solide Juraj Krsnik et Karsten Held de l'Université technique de Vienne, ces états transitoires ne sont pas du tout des cas isolés. Au contraire, ils se produisent régulièrement. Selon les chercheurs, il s'agit d'une toute nouvelle classe de matériaux.
C'est l'énergie des électrons qui détermine s'ils se déplacent entre les atomes du matériau ou s'ils restent liés à des atomes individuels. Cela se produit dans des zones avec certaines énergies possibles, appelées bandes d'énergie. Les porteurs de charge y ont alors des vitesses ou des impulsions typiques. Les états intermédiaires sont interdits - en fait
Mais dans le cas de certaines substances , un lien étrange est apparu il y a environ 20 ans : A certaines valeurs étroitement limitées pour les impulsions, les électrons ont soudain plus d'un niveau d'énergie ouvert ; ils peuvent alors accéder à la fois à la bande d'énergie supérieure et à la bande d'énergie inférieure. Une étroite "chute d'eau" semble relier les deux. Ce phénomène se produit dans les oxydes de métaux dits de transition, comme les cuprates et les nickelates, qui attirent l'attention depuis des années en tant que supraconducteurs à haute température. Les spécialistes ont développé diverses explications compliquées, comme des couplages avec des particules cachées ou des quasi-particules dans le matériau.
Krsnik et Held ont étudié le phénomène de plus près. Ils ont modélisé en détail les interactions entre les électrons et le matériau et ont comparé leurs résultats théoriques avec les résultats d'expériences passées. Leur conclusion surprenante : le processus n'est pas aussi extraordinaire qu'on le pensait. Au contraire, il semble même se produire régulièrement - chaque fois qu'une bande d'énergie se sépare d'une autre. C'est pourquoi, dans leur publication, les physiciens remplacent la chute d'eau par la métaphore du cordon ombilical qui, à la naissance d'une bande d'énergie, continue à relier pendant un certain temps la bande mère et la bande fille.
En tout cas, leur explication rapproche le phénomène de la vie quotidienne, non seulement sur le plan conceptuel, mais aussi sur le plan physique. Elle ne nécessite pas d'effets exotiques, mais dépend simplement de l'interaction des électrons entre eux. Cela indique une autre classe d'état chez les solides, comme le constate Held dans un communiqué : "Entre les conducteurs électriques et les isolants, il y a quand même plus de science des matériaux que ce que l'on pensait jusqu'à présent".
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Article original sur Spektrum.de
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