Le fantôme magnétique dans un cristal bidimensionnel express
Un aimant plat, c'est comme une feuille mince sur laquelle courent des ondes d'aimantation. Dans des conditions normales, ces ondes s'atténuent rapidement, mais si on applique un champ magnétique intense, un signal inattendu apparaît dans le matériau — net et étroit, telle l'ombre de l'onde principale. Les scientifiques ont irradié le cristal CuF2(D2O)2(pyz) avec des neutrons et ont suivi comment la diffusion changeait sous différents champs.
Il s'est avéré que lorsque le champ dépasse le tiers de la saturation, un « mode fantôme » apparaît — il reproduit la forme des ondes magnétiques ordinaires, mais décalé en fréquence d'une valeur exactement liée à la précession du spin dans le champ. Le spin, c'est comme une petite toupie : dans un champ magnétique, il tourne à une fréquence donnée, et cette fréquence s'ajoute à l'onde. Les calculs au niveau quantique ont confirmé : le mode fantôme est constitué de deux ondes magnétiques qui se sont collées en une paire à cause de leur attraction mutuelle.
Une telle paire se comporte comme un état quasi-lié dans le continuum — d'habitude, les résonances dans un spectre continu s'élargissent, mais celle-ci reste fine. C'est la première fois qu'une telle résonance est observée dans un antiferromagnétique bidimensionnel sans gap d'énergie. En champ nul, ce matériau présentait une anomalie au point (π,0), mais avec l'augmentation du champ, elle disparaît et toute l'énergie est transférée à l'onde ordinaire et au mode fantôme.
Le mode fantôme a été nommé « ombre de Larmor » parce que le décalage en fréquence est égal à la fréquence de Larmor — la vitesse de rotation du spin dans un champ magnétique, comme une toupie qu'on fait tourner de plus en plus vite.