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24.04.2012

PSI: observation d'une scission d'électrons dans un corps solide

Dans le cadre d'une expérimentation astucieuse à l'Institut Paul-Scherrer (PSI) de Villigen, un groupe de chercheurs internationaux est parvenu à observer la scission d'un électron en deux quasi-particules distinctes. Les scientifiques espèrent que ces résultats leur permettront de mieux comprendre la supraconductivité à haute température.

C'est sous la direction de physiciens expérimentaux du PSI et de physiciens théoriciens de l'Institut Leibniz IFW (Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung) de Dresde que les scientifiques du PSI ont utilisé la Source de Lumière Suisse Synchrotron (SLS) pour bombarder de rayons X une structure cristalline composée de l'oxyde de strontium-cuivre Sr2CuO3. Dans cette matière, le mouvement des particules se limite à une seule dimension: elles y font des aller-retour en suivant un axe unique. Or à l'aide des rayons de la SLS, les scientifiques sont parvenus à transformer quelques électrons de l'atome de cuivre contenu dans l'échantillon Sr2CuO3 en des orbitales de plus haute énergie, ce qui traduit un mouvement plus rapide autour du noyau atomique. Suite à cette excitation, les électrons se sont scindés en deux quasi-particules ou ondes. L'une d'elles, le spinon, était porteuse du spin des électrons, c'est-à-dire de ses propriétés magnétiques; l'autre, l'orbiton, du moment orbital, soit de la propriété d'une énergie orbitale plus élevée. Le PSI annonce avoir observé pour la première fois, lors de cette expérimentation, la séparation de ces deux propriétés fondamentales de l'électron, en soi indivisible.

La compréhension de cette scission pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre la supraconductivité à haute température, puisque les électrons se comportent de manière similaire dans un contexte de Sr2CuO3 et dans les supraconducteurs à base de cuivre.

Jeroen van den Brink (à g.) et Krzysztof Wohlfeld (milieu) de l'IFW de Dresde discutent de la description théorique des résultats des mesures avec Thorsten Schmitt (à dr.), chercheur au PSI.
Source: Philip Dera
Source: 
M.B./P.V. d'après un communiqué de presse du PSI du 18 avril 2012