Laurent tourelle
Lorsque les physiciens quantiques qualifient quelque chose d' »étrange », vous savez que cela fait vraiment quelque chose d’étrange. Les personnes qui sont à l’aise avec la superposition et « l’action effrayante à distance ou intrication quantique » ont un bon niveau pour ce qui est bizarre.
Pourtant, certains éléments ont mérité la catégorie « métaux étranges » parce que la façon dont ils conduisent l’électricité est différente de celle des métaux plus familiers et reste encore à comprendre. Le dernier exemple de cette bizarrerie, plus visiblement étrange pour les physiciens que pour les autres, est qu’il a deux pics d’absorption pour le rayonnement au lieu de l’habituel.
L’ytterbium combine l’étrangeté dans sa conductivité avec peut-être le nom le plus improbable parmi les éléments existant naturellement. Il n’est pas particulièrement rare, étant plus commun dans la croûte terrestre qu’environ la moitié des éléments sub-uraniques, mais ce n’est guère familier.
Une collaboration américano-japonaise a exploré l’étrange comportement conducteur de l’ytterbium et rapporte dans un nouvel article que l’étrangeté va jusqu’au bout.
Son intérêt pour le Dr Yashar Komijani de l’Université de Cincinnati est que, lorsqu’il transporte du courant, l’ytterbium ne se comporte pas comme des conducteurs familiers comme le cuivre ou l’aluminium.
« Dans un métal, vous avez une mer d’électrons se déplaçant en arrière-plan sur un réseau d’ions », a déclaré Kominjani dans un communiqué . « Mais une chose merveilleuse se produit avec la mécanique quantique. Vous pouvez oublier les complications du réseau d’ions. Au lieu de cela, ils se comportent comme s’ils étaient dans le vide.
Dans des conditions froides, l’ytterbium est plus conducteur que la théorie ne le permet.
Cela pourrait s’avérer utile dans la recherche de matériaux supraconducteurs à haute température, mais cela présente également une anomalie que Komijani et ses co-auteurs espèrent expliquer.
Les auteurs ont exposé le ß-YbAlB 4 – un alliage d’ytterbium, d’aluminium et de bore – aux rayons gamma pour voir comment la réponse variait avec la température et la pression. C’est légèrement ironique, car l’une des principales utilisations de l’ytterbium est en tant que producteur de rayons gamma.
Les rayons gamma sont généralement produits par désintégration radioactive, mais chaque processus de désintégration produit des photons d’une énergie particulière. Pour produire des rayons gamma à la demande, l’équipe a accéléré des protons dans un synchrotron et a utilisé les rayons gamma émis lorsqu’ils frappaient les murs pour effectuer la spectroscopie Mössbauer, un processus qui peut détecter de très petits changements dans l’environnement chimique des noyaux.
Lorsque les températures étaient maintenues très basses, l’alliage passait d’un « métal étranger » à un « liquide de Fermi », l’état familier de la plupart des éléments, à mesure que la pression augmentait.
Les auteurs ont observé des fluctuations de charge produisant un double pic dans le spectre d’absorption. « Nous interprétons ce spectre comme une transition nucléaire unique, modulée par des fluctuations de valence électroniques proches », écrivent-ils.
Les observations dépendent du moment des fluctuations de charge, qui se produisent dans une période d’un milliardième de seconde. Selon les normes quantiques , c’est exceptionnellement lent, ce que l’équipe attribue aux vibrations dans le réseau.
Tout en admettant qu’ils ne sont pas certains, les auteurs pensent que leurs résultats peuvent représenter un va-et-vient entre ce qui serait considéré comme des états ioniques Yb 2+ et Yb 3+ en physique classique, mais est plus complexe dans un monde quantique.
Les auteurs pensent que le double pic n’est peut-être pas unique à l’ytterbium, mais peut plutôt être une caractéristique distinctive de tous les métaux étranges, qui peut être utilisée à la fois pour les identifier et les expliquer.
L’ytterbium tire son étrange nom d’Ytterby, un village suédois près duquel un échantillon a été trouvé. Il est classé comme une terre rare, mais à 0,3 partie par million dans la croûte terrestre, il est plus courant que la plupart des autres membres de cette catégorie, y compris ses voisins du tableau périodique thulium et lutétium.
L’étude est publiée dans Science
