Pseudogappement dans un simulateur quantique Fermi-Hubbard

L'expérience a été réalisée à l'aide d'un simulateur quantique à atomes neutres fonctionnant dans des conditions cryogéniques, comme détaillé dans une publication récente dans Nature.

L'expérience consistait à simuler le comportement des électrons dans un système en treillis à l'aide d'atomes neutres piégés, qui ont été manipulés pour imiter les interactions décrites par le modèle de Hubbard. En contrôlant précisément les paramètres de ce système artificiel, les scientifiques ont pu observer la formation d'un pseudogap, une région du spectre énergétique où la densité des états disparaît, sous des niveaux de dopage spécifiques. Ce phénomène a longtemps été associé aux propriétés mystérieuses des supraconducteurs de cuprate, mais sa nature exacte et son rôle restent débattus parmi les physiciens.

La découverte s'appuie sur des décennies de travaux théoriques visant à élucider les mystères de la supraconductivité à haute température. Des chercheurs tels qu'Anderson, Lee et Imada ont établi des théories fondamentales concernant la transition des isolants Mott vers des états métalliques, tandis que des études plus récentes de Qin, Arovas et d'autres se sont concentrées sur des approches informatiques pour simuler le modèle Hubbard. Ces efforts ont abouti à des réalisations expérimentales qui permettent de sonder directement le comportement du système dans des conditions variables.

On pense que le pseudo-écart provient de la concurrence entre l'ordre magnétique et la supraconductivité, conduisant à une suppression des excitations à basse énergie avant l'apparition de la vraie supraconductivité. Dans le contexte du modèle Fermi-Hubbard, cet effet se manifeste comme un écart dans le spectre d'excitation à particule unique, même si le matériau ne présente pas d'ordre à longue portée.

Les résultats suggèrent que le pseudogap peut jouer un double rôle, à la fois en tant que précurseur de la supraconductivité et en tant qu'obstacle, en fonction de la force des corrélations d'électrons et du niveau de dopage.

La capacité de simuler et de manipuler le modèle de Hubbard avec une grande précision ouvre de nouvelles voies pour étudier les mécanismes fondamentaux de la supraconductivité à haute température.