Comment un cristal électronique engendre des rayons inédits express
Un matériau d'une épaisseur d'un atome et d'une pureté record – un seul atome étranger par million – devient le théâtre d'un phénomène étonnant. Lorsqu'on le refroidit presque au zéro absolu, les électrons à l'intérieur, tels des musiciens d'orchestre, se figent dans un ordre strict, formant un cristal. Cet état, prédit par Eugene Wigner il y a près d'un siècle, a enfin pu être observé en détail.
Des expériences utilisant la spectroscopie et la photométrie ont montré qu'un seul rayon incident engendre plusieurs réponses. La lumière crée des paires électron-trou (excitons) et des particules appelées polarons qui, en se déplaçant à travers le cristal ordonné, redistribuent l'énergie – si bien que même les états « silencieux » se mettent à émettre. De plus, l'énergie des rayons produits suit exactement leur impulsion, comme pour la lumière elle-même. C'est comme un orchestre où les résonateurs amplifient les instruments discrets, et où la mélodie gagne de nouvelles notes.
Le cristal conserve son ordre jusqu'à une température de 20 à 30 kelvins – ce qui est anormalement élevé pour des cristaux électroniques. De tels effets ouvrent la voie à des commutateurs optiques ultra-rapides et à des simulateurs quantiques.
Pour observer le cristal de Wigner, il a fallu un matériau avec une densité de défauts record – un seul atome étranger par million.