Des physiciens ont « observé » le chat de Schrödinger avec une nouvelle « fourrure »

En physique, le chat de Schrödinger est une allégorie de deux des effets les plus impressionnants de la mécanique quantique :

enchevêtrement et superposition.Des chercheurs de Dresde et de Munich ont maintenant observé ce comportement à une bien plus grande échelle que les plus petites particules. Jusqu'à présent, on savait que les matériaux dotés de propriétés telles que le magnétisme ont ce qu'on appelle des domaines - des îlots dans lesquels les propriétés des matériaux sont uniformes. S'il s'agissait de couleurs, ce seraient des îles noires et blanches. Mais en étudiant le fluorure de lithium et d'holmium (LiHoF 4), les physiciens ont découvert une toute nouvelle transition de phase dans laquelle des domaines présentent de manière inattendue des propriétés mécaniques quantiques, provoquant l'intrication de leurs propriétés (tout en restant noir et blanc en même temps).

"Notre" chat quantique "a maintenant une nouvelle" fourrure ",parce que nous avons découvert une nouvelle transition de phase quantique dans LiHoF 4 dont l'existence n'était pas connue auparavant », explique Matthias Vojta, chef du département de physique théorique du solide à l'Université technique de Dresde.

Des propriétés telles que le magnétisme oula supraconductivité résulte des transitions de phase des électrons dans les cristaux. Pour les transitions de phase à des températures proches du zéro absolu à -273,15 °C, des effets de mécanique quantique tels que l'intrication et les transitions de phase quantiques entrent en jeu.

A très basse température, LiHoF 4 agitcomme un ferromagnétique dans lequel tous les moments magnétiques sont spontanément dirigés dans une direction. Si un champ magnétique est appliqué exactement à la verticale de la direction magnétique préférée, les moments magnétiques changeront de direction, ce que l'on appelle des fluctuations. Plus l'intensité du champ magnétique est élevée, plus ces fluctuations deviennent fortes, jusqu'à ce que, finalement, le ferromagnétisme disparaisse complètement dans une transition de phase quantique. Cela conduit à l'intrication des moments magnétiques adjacents. "Si vous apportez un échantillon de LiHoF 4 à un aimant très puissant, il cessera soudainement d'être magnétique spontanément. Cela est connu depuis 25 ans », explique Vojta.

Ce qui est nouveau, c'est ce qui se passe quand vouschanger la direction du champ magnétique. "Nous avons constaté que la transition de phase quantique continue de se produire, alors qu'auparavant on pensait que même la moindre inclinaison du champ magnétique la supprimerait immédiatement", explique le co-auteur de l'étude, professeur de topologie des systèmes corrélés à l'Université technique. de Munich, Christian Pfleiderer. Cependant, dans ces conditions, ce ne sont pas les moments magnétiques individuels qui subissent des transitions de phase quantiques, mais des régions magnétiques assez étendues, les domaines dits ferromagnétiques.

« Nous avons utilisé des échantillons sphériques pour notremesures de précision. C'est ce qui nous a permis d'étudier avec précision le comportement de petits changements dans la direction du champ magnétique », ajoute Andreas Wendl, qui a mené les expériences dans le cadre de sa thèse de doctorat.

"Nous avons découvert un tout nouveau type de quantumles transitions de phase, dans lesquelles l'enchevêtrement se produit à l'échelle de plusieurs milliers d'atomes, et pas seulement dans le microcosme de quelques-uns, explique Vojta. "Si vous imaginez les domaines magnétiques comme un motif noir et blanc, la nouvelle transition de phase fait que les zones blanches ou noires deviennent infinitésimales, c'est-à-dire qu'elles créent un motif quantique et ne se dissolvent pas complètement." Un modèle théorique nouvellement développé explique avec succès les données obtenues à partir des expériences.

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