Les chercheurs de l’ Université de Stuttgart a développé une méthode révolutionnaire de microscopie quantique qui permet de visualiser les mouvements des électrons au ralenti, un exploit jusqu’alors irréalisable. Professeur Sebastian Loth, directeur général de l’Institut de la matière fonctionnelle et des technologies quantiques (FMQ)explique que cette innovation répond à des questions de longue date sur le comportement des électrons dans les solides, avec des implications importantes pour le développement de nouveaux matériaux.
Dans les matériaux classiques comme les métaux, les isolants et les semi-conducteurs, les changements au niveau atomique ne modifient pas les propriétés macroscopiques. Cependant, les matériaux avancés produits en laboratoire présentent des changements de propriétés spectaculaires, comme le passage d’isolants à supraconducteurs, avec des modifications atomiques minimes. Ces changements se produisent en quelques picosecondes, affectant directement le mouvement des électrons à l’échelle atomique.
L’EXTRÉMITÉ D’IMAGERIE DU MICROSCOPE À EFFET TUNNEL À BALAYAGE À RÉSOLUTION TEMPORELLE CAPTURE LE MOUVEMENT COLLECTIF DES ÉLECTRONS DANS LES MATÉRIAUX AU MOYEN D’IMPULSIONS TÉRAHERTZ ULTRARAPIDES. CRÉDIT PHOTO : © SHAOXIANG SHENG, UNIVERSITÉ DE STUTTGART (FMQ)
L’équipe de Loth a réussi à observer ces changements rapides en appliquant une impulsion électrique d’une picoseconde à un matériau en niobium et en sélénium, étudiant le mouvement collectif des électrons dans une onde de densité de charge. Ils ont découvert comment des impuretés isolées peuvent perturber ce mouvement collectif, en envoyant des distorsions de la taille d’un nanomètre à travers le collectif d’électrons. Cette recherche s’appuie sur des travaux antérieurs aux instituts Max Planck de Stuttgart et de Hambourg.
Comprendre comment les impuretés interrompent le mouvement des électrons pourrait permettre le développement ciblé de matériaux aux propriétés spécifiques, utiles pour créer des matériaux à commutation ultra-rapide pour les capteurs ou les composants électroniques. Loth souligne le potentiel de la conception au niveau atomique pour influencer les propriétés macroscopiques des matériaux.
Cette méthode de microscopie innovante combine un microscope à effet tunnel, qui offre une résolution au niveau atomique, avec une spectroscopie pompe-sonde ultrarapide pour obtenir une résolution spatiale et temporelle élevée. Le dispositif expérimental est très sensible, nécessitant une protection contre les vibrations, le bruit et les fluctuations environnementales pour mesurer des signaux extrêmement faibles. Le microscope optimisé de l’équipe peut répéter les expériences 41 millions de fois par seconde, ce qui garantit une qualité de signal élevée et fait d’elle une pionnière dans ce domaine.
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2024-07-23 21:12:46
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