Un nouvel état quantique dans un matériau à base de terre-rare ?

Au sein d’une collaboration internationale, des chercheurs du Laboratoire de physique des solides (Orsay), du Laboratoire national des champs magnétiques intenses (Grenoble) et de l’institut Laue-Langevin (Grenoble) viennent de montrer comment quelques atomes d’ytterbium (Yb) présents en excès dans le minéral à base de terre-rare Yb2Ti2O7 parviennent à créer une pression suffisante afin d’induire une transition de phase vers un ordre magnétique plus conventionnel.

Pour cela, les chercheurs ont réalisé des mesures de diffraction de neutrons et de relaxation du spin du muon dans des conditions extrêmes de température (-272,9 °C) et de pression (25 000 fois la pression atmosphérique). Ils ont ainsi démontré qu’il existe bien à basse température un état sans ordre magnétique conventionnel, compatible avec la glace quantique mais sensible aux perturbations. Ainsi, en soumettant le matériau dans cet état à de très fortes pressions, les chercheurs ont induit une transition de phase d’un état initial non magnétique vers un état ferromagnétique.

Ces travaux, publiés dans la revue Nature Communications, mettent fin à une longue controverse expérimentale en révélant l’effet perturbateur de défauts à l’échelle atomique ayant un véritable impact sur les propriétés macroscopiques du composé. Ils constituent une première étape dans la compréhension de la formation des états quantiques dans les matériaux réels.

En savoir plus

Ground state selection under pressure in the quantum pyrochlore magnet Yb₂Ti₂O₇ 
E. Kermarrec, J. Gaudet, K. Fritsch, R. Khasanov, Z. Guguchia, C. Ritter, K. A. Ross, H. A. Dabkowska et B. D. Gaulin 
Nature Communications (2017), doi:10.1038/ncomms14810

Informations complémentaires

Laboratoire de physique des solides (LPS, CNRS/Univ. Paris-Sud/Univ. Paris Diderot)