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Des physiciens excités par la découverte d’une nouvelle forme de matière : l’excitonium

Crédits : Peter Abbamonte et Frederick Seitz

Des physiciens ont récemment prouvé l’existence de cette nouvelle forme de matière énigmatique : l’excitonium, théorisée pour la première fois il y a presque 50 ans.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont annoncé une découverte passionnante, celle d’une nouvelle forme de matière : l’excitonium. Le professeur de physique Peter Abbamonte et son équipe ont ici collaboré avec des collègues de l’Illinois, de l’Université de Californie, de Berkeley et de l’Université d’Amsterdam pour prouver une fois pour toutes l’existence de ce type de matière étrange et mystérieuse théorisée depuis plus de 50 ans. Ce matériau est composé d’une sorte de boson, une particule composite qui pourrait permettre à la matière d’agir comme un superfluide, un supraconducteur ou même comme un cristal électronique isolant.

L’excitonium se présente comme un condensé composé d’excitons, ce que vous obtenez lorsque vous combinez des électrons échappés et les « trous » qu’ils ont laissés. Cet appariement quantique mécanique est possible parce que, dans les semi-conducteurs, les électrons situés à la limite d’un niveau d’énergie dans un atome sont capables, lorsqu’ils sont excités, de passer au niveau d’énergie suivant, laissant un « trou » au niveau précédent. Ce trou agit comme une particule chargée positivement, attirant l’électron chargé négativement qui s’est échappé. Pour prouver l’existence d’excitons, les chercheurs ont ici étudié des cristaux dopés au dichalcogénure de titane diséléniure (1T-TiSe2), un métal de transition. Ils ont même été capables de reproduire leurs résultats cinq fois séparément.

« Ce résultat a une signification cosmique », explique le chercheur. « Depuis que le terme “excitonium” a été inventé dans les années 1960 par le physicien théoricien de Harvard Bert Halperin, les physiciens ont cherché à démontrer son existence. Les théoriciens ont débattu sur le fait de savoir si ce serait un isolant, un conducteur parfait, ou un superfluide. Depuis les années 1970, de nombreux expérimentateurs ont publié des preuves de l’existence de l’excitonium, mais leurs résultats ne sont pas une preuve définitive et pourraient également avoir été expliqués par une transition de phase structurelle classique ».

Maintenant qu’il a été prouvé que l’excitonium existe, observé dans l’expérimentation, ses propriétés peuvent être explorées et appliquées plus en détail. De toute évidence, en tant que supraconducteur et superfluide, ce matériau pourrait être utilisé pour faire progresser les technologies existantes.

Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans la revue Science.

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