Le quantum spin liquid, nouvel état magnétique de la matière

Le quantum spin liquid (QSL), un nouvel état magnétique de la matière, a été théorisé en 1987. Mais personne n'avait réussi à en trouver. Selon un article publié dans la revue scientifique Nature, les chercheurs du MIT Massachusetts Institute of Technology) ont travailler 10 mois sur un morceau de métal herbertsmithite pour le découvrir et en confirmer ainsi l'existence de cet état magnétique inédit.

Le magnétisme, d'un état à l'autre

Le phénomène physique du magnétisme est connu depuis l'antiquité. Cet état de la matière, appelé ferromagnétisme, que l'on retrouve dans les magnets et les compas, est décrit scientifiquement comme comme étant l'alignement de la charge (spin) des électrons dans une seule direction. L'objet magnétisé présente donc deux pôles.

Un second état de ce phénomène a été découvert plus récemment : l'antiferromagnétisme. Dans cet état, les électrons pointent chacun dans le sens opposé de celui de son voisin, et ainsi de suite. La matière affiche ainsi un magnétisme à 0 (zéro). En informatique, les têtes des disques durs, sensibles au magnétisme, sont composées d'une combinaison des deux matières.

Quantum Spin Liquid

Voici que les chercheurs du MIT viennent de découvrir un nouvel état de la matière, le QSL ou quantum spin liquid. Le matériau QSL découvert est un cristal solide dont les électrons affichent une orientation (magnétique) fluctuante à chaque fois qu'ils sont à proximité d'autres électrons. L'état magnétique interne est dans un état dit de flux constant. Les électrons ne peuvent rester en place, c'est l'effet quantum.

C'est en analysant la structure de l'herbertsmithite, un matériau soupçonné de contenir du QSL mais qui n'avait encore jamais été étudié, soumis à un faisceau d'électrons, que les chercheurs ont pu confirmer son état de QSL, et ainsi découvrir physiquement la présence de ce nouvel état de la matière.

A quoi cela pourra servir ?

Comment ce nouvel état magnétique de la matière pourrait-il affecter notre monde ? Les chercheurs qui s'intéressent au QSL n'est savent rien. Tout juste pensent-ils qu'il pourrait être exploité pour le stockage de données, très friand de phénomènes magnétiques, ou encore dans les communications via le phénomène d'enchevêtrement longue portée.

En Europe, certains chercheurs y voient un avenir dans les batteries, soit pour alimenter de très petits objets (devices) ou pour conserver de l'énergie plus efficacement que dans les batteries lihium-ion. Ils y voient une matière adaptée à l'atomique ou au subatomique, c'est à dire là où les règles de la mécanique traditionnelle, les lois de Newton par exemple, ne s'appliquent plus. Une dernière voie de recherche pourrait porter sur la supraconductivité à très grande température, par exemple pour assurer la conductivité en dessous de -200°.

Photo source MIT

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