Cette découverte ouvrirait la voie à des ordinateurs quantiques résistants au bruit

Notre vision sur la structure de l’atome a beaucoup évolué ces dernières années. Fini le modèle du début des années 1900 d’un système solaire en miniature, dans lequel les électrons tournaient en boucle autour d’un noyau solide. Au lieu de cela, la physique quantique a montré que les électrons mènent une vie bien plus intéressante. Au lieu de se déplacer en mouvement de rotation, ils serpenteraient autour du noyau, à l’intérieur de nuages qui ressemblent à de minuscules ballons.

Ces nuages d’électrons connus sous le nom d’orbitales atomiques peuvent prendre différentes formes. Certains sont parfaitement ronds, d’autres possèdent plusieurs lobes et prennent de ce fait la forme d’un trèfle. Le nombre de lobes à l’intérieur du ballon indique la quantité de rotation de l’électron autour du noyau.

Toutefois, des chercheurs de l’université du Maryland ont récemment découvert que la forme des nuages d’électron à l’intérieur d’un métal supraconducteur est beaucoup plus complexe que cela.

Les électrons libres à l’intérieur d’un métal forment des orbitales atomiques

Les chercheurs du Quantum Materials Center (QMC) de l’université du Maryland (UMD) ont travaillé sur ce projet en collaboration avec des théoriciens du Condensed Matter Theory Center (CMTC) et du Joint Quantum Institute (JQI). Ils ont décrit un autre comportement étonnant chez les électrons. Lorsque les atomes s’assemblent pour former un corps solide, comme un morceau de métal, les électrons les plus externes se lient entre eux. Certains d’entre eux perdent même de vue les noyaux d’où ils viennent pour former de volumineux ballons électroniques qui s’étendent sur tout le morceau de métal.

Ces électrons cessent alors de tourner autour de leurs noyaux. Ils circulent librement à l’intérieur du métal pour transporter les courants électriques, se débarrassant au passage de leurs orbitales atomiques multilobées. Cette théorie peu conventionnelle a été expérimentalement difficile à prouver. Toutefois, les scientifiques ont réussi, au bout de plusieurs années de recherche, à collecter des données pertinentes pour soutenir et étudier complètement ce phénomène.

Les nuages d’électrons à l’intérieur des supraconducteurs sont multilobés

Une équipe internationale de chercheurs ont récemment découvert que les électrons à l’intérieur d’un métal potentiellement supraconducteur préservent leur structure multilobée lorsqu’ils se déplacent à l’intérieur d’un solide. L’équipe a notamment étudié expérimentalement la forme des ballons électroniques mobiles à l’intérieur de l’yttrium platine bismuth. Cette découverte pourrait conduire à de grandes avancées en mécanique quantique.

Les chercheurs pensent que grâce à cette structure particulière, l’yttrium platine bismuth pourrait à l’avenir servir à fabriquer des supraconducteurs. Ce métal non conventionnel pourrait par exemple permettre de construire des ordinateurs quantiques résistants au bruit quantique.

SOURCE : PHYS