Des chercheurs du KAIST ont observé directement comment les ondes de densité de charge forment des motifs irréguliers et fragmentés à l'intérieur d'un matériau quantique lors d'une transition de phase. En utilisant la microscopie 4D-STEM avancée, l'équipe a cartographié la force et la cohérence de ces motifs électroniques avec une résolution nanométrique. Les résultats révèlent que l'ordre électronique persiste dans de petites poches, même au-dessus de la température de transition.
Une équipe dirigée par le professeur Yongsoo Yang du département de physique du KAIST, en collaboration avec les professeurs SungBin Lee, Heejun Yang, Yeongkwan Kim et des chercheurs de l'université de Stanford, a réalisé la première visualisation directe de l'évolution de l'ordre des ondes de densité de charge (CDW) dans le 2H-NbSe2. L'étude a utilisé un microscope électronique refroidi à l'hélium liquide équipé de la microscopie électronique en transmission à balayage quadridimensionnelle (4D-STEM), permettant de résoudre des structures aussi petites qu'un cent-millième de la largeur d'un cheveu humain près de -253 °C. Cela a permis d'obtenir des cartes nanométriques de l'amplitude des CDW et des corrélations spatiales lors des changements de température. Les images ont montré que les électrons forment des zones éparses plutôt que des motifs uniformes, semblables à des cristaux de glace sur un lac partiellement gelé. De minuscules distorsions cristallines, ou contraintes, ont considérablement influencé la force des CDW, prouvant que les imperfections du réseau façonnent ces états électroniques. De manière inattendue, des régions isolées d'ordre CDW subsistaient au-dessus de la température de transition, indiquant une perte de cohérence graduelle plutôt qu'une disparition brutale. Les co-premiers auteurs Seokjo Hong, Jaewhan Oh et Jemin Park ont contribué à ces travaux, publiés dans Physical Review Letters. Le professeur Yongsoo Yang a déclaré : « Jusqu'à présent, la cohérence spatiale des ondes de densité de charge était largement déduite indirectement. Notre approche nous permet de visualiser directement comment l'ordre électronique varie dans l'espace et selon la température, et d'identifier les facteurs qui le stabilisent ou le suppriment localement. » Cette recherche offre une nouvelle méthode pour étudier l'ordre électronique collectif dans les matériaux quantiques.
