Une étude observe le comportement du liquide de Luttinger dans un système quasi-2D

Les liquides de Luttinger sont généralement des matériaux paramagnétiques présentant un comportement liquide non Fermi, tels que les oxydes de molybdène. Ces « liquides » et leurs propriétés fascinantes n’avaient jusqu’à présent été observés que dans des composés 1D et quasi-1D, comme le bronze bleu. UNE_0,3Meuglement₃ (UNE= K, Rb, Tl) et bronze violet Li_0,9mois₆O₁₇.

Des chercheurs de l’Université Tsinghua, de l’Université ShanghaiTech et d’autres instituts en Chine ont récemment observé le comportement prototypique du liquide de Luttinger dans η-Mo₄O₁₁,_{un matériau à ondes de densité de charge avec un quasi-2D structure en cristal. Leurs conclusions, publiées dans Physique naturellepourrait ouvrir la voie à l’exploration du comportement des liquides non Fermi dans d’autres matériaux quantiques 2D et 3D.}

“Dans nos précédents travauxnous avons identifié la phase liquide de Luttinger dans l’état normal des bronzes bleus, ce qui n’est pas surprenant en raison de sa nature quasi-1D », ont déclaré Lexian Yang et Yulin Chen, deux des chercheurs qui ont mené l’étude, à Phys.org.

“Nous avons alors remarqué qu’une grande famille d’oxydes de molybdène partage une unité de construction commune : les chaînes d’octaèdres Mo-O. Mais dans certains d’entre eux, comme η-Mo₄O₁₁des chaînes quasi-1D se croisent et se tissent en une structure quasi-2D.”

Les matériaux avec des structures quasi-2D, tels que le matériau examiné par Yang, Chen et leurs collègues, ont attiré une attention considérable de la recherche, les physiciens se demandant s’ils pourraient préserver certaines propriétés des matériaux 1D, y compris le comportement liquide de Luttinger. Au départ, les chercheurs ne s’attendaient pas à observer ce comportement, ils ont donc été très surpris lorsqu’ils l’ont fait.

Dans leurs expériences, ils ont utilisé quasi-2D η-Mo₄O₁₁ échantillons avec une structure en couches. L’avantage d’utiliser ces échantillons est qu’ils peuvent être facilement clivés pour exposer de grandes surfaces planes, ce qui facilite leur examen.

“Pour protéger nos échantillons de la contamination, nous avons étudié l’échantillon dans un environnement à ultra-vide en excitant des électrons à l’intérieur des cristaux à l’aide d’une lumière monochromatique”, ont expliqué Yang et Chen. “Nous avons ensuite collecté ces électrons excités, ou photoélectrons, et analysé leur énergie et leur impulsion pour en déduire leur statut initial à l’intérieur de l’échantillon.”

Pour examiner leurs échantillons, Yang et ses collègues ont utilisé une technique spectroscopique connue sous le nom de spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES), qui permet aux chercheurs de visualiser directement la structure électronique des matériaux. Cette technique peut être appliquée à d’innombrables types de matériaux différents et était auparavant également utilisée pour examiner supraconducteurs à haute températurematériaux quantiques topologiques, et dichalcogénures de métaux de transition.

“Nous avons montré que la physique des liquides de Luttinger, qui était auparavant considérée comme un prototype de comportement 1D, peut être étendue aux systèmes quasi-2D”, ont déclaré Yang et Chen. “Cette extension peut nous aider à comprendre d’autres comportements liquides non-Fermi déroutants dans les systèmes 2D ou même 3D. Le comportement liquide de Luttinger est un exemple rare d’un modèle exactement soluble pour les systèmes en interaction. Bien qu’il ait longtemps été considéré comme le” modèle standard ” pour les métaux 1D, les théoriciens ont proposé qu’il soit lié aux comportements liquides non-Fermi dans différents systèmes tels que l’état normal des supraconducteurs de cuprate à haute température.

Les découvertes récentes recueillies par cette équipe de chercheurs représentent une étape importante vers la réalisation d’une compréhension unifiée des comportements des liquides non-Fermi dans les systèmes 2D et 3D. Leurs travaux pourraient donc bientôt inspirer de nouvelles études explorant le comportement des liquides de Luttinger et d’autres états liquides non Fermi dans d’autres matériaux.

« Nos futures recherches sont déjà en cours », ont ajouté Yang et Chen. “Notre première étape consistera à explorer et à trouver davantage de systèmes de matériaux (oxydes de molybdène de faible dimension et au-delà) contenant un liquide de Luttinger présumé. Deuxièmement, connaître le comportement commun du liquide de Luttinger dans différents matériaux, leurs similitudes et leurs différences aidera à dévoiler les lois physiques sous-jacentes. . Troisièmement et plus intéressant, les interactions entre d’autres degrés de liberté et le liquide de Luttinger qui pourraient conduire à des états ordonnés à longue portée méritent une exploration approfondie.”

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