Un matériau magnétique défie les lois de la physique à Oak Ridge

Des scientifiques du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont frappé un matériau magnétique avec des impulsions laser rapides et l'ont observé à l'aide de neutrons. Le matériau a brisé une règle fondamentale de la physique appelée bilan détaillé et est resté dans cet état au lieu de revenir rapidement à l'équilibre, a annoncé le laboratoire le 9 novembre. Les chercheurs affirment que ce signal de longue durée pourrait aider les technologies quantiques qui utilisent des excitations magnétiques pour transporter et stocker des informations.ornl.gov

Les résultats ont été publiés dans Nature Communications. Une entrée dans la base de données des publications de l'ORNL montre que l'article a été publié en avril 2026, avec Chengyun Hua, Barry Winn, Colin Sarkis, Gabriele Sala, Takeshi Egami et Alan Tennant comme auteurs.ornl.gov

Un signal asymétrique qui a persisté

L'équipe a étudié les magnons. Ce sont des quasi-particules, des ondulations dans l'ordre magnétique d'un matériau qui peuvent transporter des informations, selon l'annonce de l'ORNL. Lorsqu'un système est au repos, le bilan détaillé lie les événements de gain et de perte d'énergie de manière prévisible. Sous l'effet des impulsions laser, ce lien a échoué et les données neutroniques ont montré des signaux supplémentaires d'un seul côté.newswise.com

L'excès de magnons ne s'est pas dissipé. Cela a exclu un simple échauffement et a pointé vers un "état stationnaire de non-équilibre de longue durée soutenu par des impulsions laser périodiques", a déclaré le laboratoire. Le résumé de l'article indique que le matériau était un antiferromagnétique de Heisenberg sur réseau carré bidimensionnel. Il soutient également que la violation reflète la nature quantique de la dynamique du système, selon le résumé de publication de l'ORNL.ornl.gov+1

"Personne n'avait jamais sondé directement une violation du bilan détaillé dans un système de matière condensée auparavant", a déclaré Hua dans le communiqué de l'ORNL. "Théoriquement, il est logique que cela puisse arriver, mais expérimentalement, c'était assez impressionnant à voir."newswise.com

Construction d'une ligne de faisceau pompe-sonde

La diffusion de neutrons examine normalement les matériaux à l'équilibre. L'équipe a dû adapter la Spallation Neutron Source de l'ORNL pour travailler pendant qu'un échantillon était activement sollicité. Un article technique précédent du groupe décrit l'installation sur le spectromètre HYSPEC. Il utilise un laser pulsé nanoseconde synchronisé avec les impulsions de neutrons, ainsi que du Rb2MnF4, un aimant quantique dans lequel les magnons près du centre de la zone peuvent en théorie durer jusqu'à des millisecondes.ar5iv.labs.arxiv.org

"Parce que nous adoptions une nouvelle approche, le personnel de mécanique, de sécurité, les ingénieurs en matériel et logiciels, ainsi que l'équipe de recherche ont tous dû sortir des sentiers battus pour faire fonctionner ce projet", a déclaré Hua, selon le laboratoire. L'effort a commencé avec une subvention initiale de l'ORNL. L'Office of Science du ministère de l'Énergie et le Quantum Science Center ont soutenu les travaux ultérieurs.ornl.gov

Et ensuite ?

L'ORNL affirme que le système offre aux chercheurs un moyen d'étudier d'autres phénomènes de physique quantique hors équilibre en temps réel. Ces travaux pourraient éclairer la recherche sur le transport cohérent, les dispositifs de mémoire et l'électronique à faible perte, a déclaré le laboratoire. Les auteurs écrivent que leur technique in operando pourrait être étendue aux chaînes de spin unidimensionnelles et aux systèmes de spin topologiques, "où les effets de non-équilibre sont répandus et riches en potentiel de découverte", selon le résumé de l'article.ornl.gov+1