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Mécanisme de Kibble-Zurek pour les transitions de phase hors d'équilibre

Le mécanisme de Kibble-Zurek (KZ), confirmé expérimentalement uniquement pour les transitions de stage à l’équilibre, est également relevant aux transitions de stage hors équilibre, comme le montrent maintenant les chercheurs de Tokyo Tech dans une étude historique. Le mécanisme KZ est caractérisé par la formation de défauts topologiques lors d’une changeover de phase continue on loin de la limite adiabatique. Cette découverte révolutionnaire pourrait ouvrir les portes à l’étude du mécanisme d’autres transitions de section hors d’équilibre.

Les transitions de period décrivent divers phénomènes qui nous entourent, de l’eau se transformant en glace aux transitions magnétiques en passant par la changeover supraconductrice où la résistance électrique disparaît. Dans les cas de la supraconductivité et du magnétisme, la changeover de section est carry on, caractérisée par une « rupture de symétrie » qui conduit à la formation d’un état ordonné. L’état ordonné est parfait (sans défaut) lorsque cette changeover est très lente. Cependant, pour les transitions ne satisfaisant pas cette limite. dont la génération est décrite par le mécanisme de Kibble-Zurek (KZ). Expérimentalement, le mécanisme KZ se manifeste par une dépendance en loi de puissance de la densité de défauts sur la vitesse de refroidissement.

Fait intéressant, le mécanisme KZ, bien que largement étudié pour les transitions de section à l’équilibre thermique, n’a pas encore été démontré expérimentalement pour les transitions de section hors équilibre. Cependant. un phénomène qui peut être testé expérimentalement dans les systèmes de vortex supraconducteurs.

À cette fin, un groupe de recherche de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech). dirigé par le professeur Satoshi Okuma, a récemment montré que l’état de mouvement d’une collection de flux magnétiques (vortex) pénétrant dans un supraconducteur est en practice de se déséquilibrer. changeover de stage d’un écoulement désordonné à un écoulement de réseau ordonné. Leur étude révolutionnaire a été publiée dans Physical Critique Letters (sélectionné comme suggestion des éditeurs).

Dans leurs travaux, l’équipe a préparé un film en forme de bande de 330 nm d’épaisseur de MoxGe1−x amorphe (x ≈, 78) sur un substrat de silicium, puis l’a refroidi pour permettre une changeover supraconductrice à 6,3 K. les tourbillons ont été générés et les expériences ont été réalisées à 4,1 K sous une intensité de champ de 3,5 T.

L’équipe a entraîné les tourbillons à l’aide d’un courant d’entraînement qui a augmenté de manière linéaire à différents taux d’extinction (dI/dt). En atteignant le point closing de quench, la configuration du vortex a été gelée en coupant brusquement le courant.

“Dans notre étude. explique le professeur Okuma.

L’équipe a constaté que la configuration du vortex devenait moins ordonnée avec l’augmentation des taux d’extinction, ce qui signifiait une transition de phase. explique le professeur Okuma. “Nous avons constaté que la densité de défauts évoluait comme une loi de puissance avec le taux d’extinction, conformément au scénario KZ”, souligne-t-il. L’équipe a également estimé l’exposant de la loi de puissance (≈, 4-,5), qui était proche de la valeur prédite par simulation (,39).

“Nous avons également observé un croisement impulsion-adiabatique du côté ordonné de la changeover, une autre prédiction clé du mécanisme KZ”, ajoute le professeur Okuma.

Dans l’ensemble. ouvrant la porte à d’innombrables nouvelles recherches. Compte tenu de ce résultat historique, de nouveaux développements sont attendus dans le domaine de recherche des transitions de stage hors d’équilibre.