La loterie magnétique dans le cristal express
Dans un cristal, les atomes occupent généralement leur place attitrée, comme des passagers dans un avion avec leurs billets. Mais dans ce matériau, le cuivre et le tantale ont pris des positions au hasard — comme si les billets avaient été mélangés. Les scientifiques ont observé le cristal à l'aide de rayons X et ont constaté que le désordre n'est pas seulement sur le papier, mais dans la disposition même des atomes. De ce fait, les liaisons magnétiques entre les atomes de cuivre se sont révélées très différentes. Certaines paires sont étroitement liées, d'autres se touchent à peine.
Les atomes magnétiques aiment généralement l'ordre : lors du refroidissement, leurs flèches de spin s'alignent en un motif régulier. Ici, même à 0,1 kelvin — plus froid que dans l'espace interstellaire — les flèches ne se sont pas alignées et ne se sont pas figées dans le désordre. Au lieu de cela, elles ont formé une sorte de piste de danse où les paires tournent en rythme, mais chaque paire reste indépendante. Cet état est appelé liquide de spin quantique.
Cela ouvre la voie à un nouveau type de matériaux quantiques. Si l'on parvient à contrôler un tel désordre, on pourrait créer des dispositifs où l'information n'est pas stockée dans des atomes individuels, mais dans leurs danses collectives. Et alors, un cristal ordinaire deviendrait non plus un simple morceau de matière, mais une machine de calcul basée sur des paires quantiques.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.17455
We investigate the disordered perovskite BaCu$$_{1/3}$$Ta$$_{2/3}$$O$$_3$$, where Cu (spin-1/2) and Ta randomly occupy a pseudo-cubic lattice. Synchrotron X-ray diffraction and X-ray absorption spectroscopy establish the local nature of the disorder, revealing the presence of structurally constrained magnetic exchange paths. No magnetic ordering or spin freezing is observed down to 0.1 K. The low-temperature magnetic and thermodynamic behavior is captured by a broad but non-singular distribution $$P(J)$$ of exchange couplings $$J$$. These results open the possibility of realizing a disordered quantum ground state where the exchange randomness is broad yet intrinsically bounded, departing from the conventional infinite-randomness fixed point driven random-singlet phase.
0,1 kelvin correspond à -273,05 °C. À cette température, même l'air deviendrait solide, et pourtant, dans ce cristal, les spins continuent de « danser ».