La molybdénite, même pour un œil exercé, ressemble presque au graphite - un cristal brillant et argenté. Il agit également de la même manière, en éliminant les flocons d'une manière qui ferait un bon remplissage de crayon. Mais pour un électron, les deux grilles d'atomes forment des mondes différents. La distinction est entrée pour la première fois dans les archives scientifiques il y a 244 ans. Carl Scheele, un chimiste suédois réputé pour sa découverte de l'oxygène, a plongé chaque minéral dans des acides assortis et a observé les nuages de gaz sinistres qui s'en dégageaient. Scheele, qui a finalement payé cette approche de sa vie, mourant d'un empoisonnement présumé aux métaux lourds à 43 ans, a conclu que la molybdénite était une nouvelle substance. Le décrivant dans une lettre à l'Académie royale des sciences de Suède en 1778, il écrivit : « Je ne parle pas ici du graphite communément connu que l'on peut acquérir chez l'apothicaire. Ce métal de transition semble être inconnu.
Avec sa tendance à s'écailler en fragments poudreux, la molybdénite est devenue un lubrifiant populaire au XXe siècle. Il a aidé les skis à glisser plus loin dans la neige et a facilité la sortie des balles des canons de fusil au Vietnam.
Aujourd'hui, cette même flakiness alimente une révolution physique.
Les percées ont commencé avec le graphite et le scotch. Des chercheurs ont découvert par hasard en 2004 qu'ils pouvaient utiliser du ruban adhésif pour décoller des flocons de graphite d'un seul atome d'épaisseur. Ces feuillets cristallins, chacun constitué d'un réseau plat d'atomes de carbone, possédaient des propriétés étonnantes radicalement différentes de celles des cristaux tridimensionnels dont ils provenaient. Le graphène (comme ses découvreurs l'ont surnommé) était une toute nouvelle catégorie de substance - un matériau 2D. Sa découverte a transformé la physique de la matière condensée, la branche de la physique qui cherche à comprendre les nombreuses formes et comportements de la matière. Près de la moitié de tous les physiciens sont les physiciens de la matière condensée ; c'est le sous-domaine qui nous a apporté les puces informatiques, les lasers, les ampoules LED, les appareils IRM, les panneaux solaires et toutes sortes de merveilles technologiques modernes. Après la découverte du graphène, des milliers de physiciens de la matière condensée ont commencé à étudier le nouveau matériau, espérant qu'il soutiendrait les technologies futures.
Les découvreurs du graphène ont reçu le prix Nobel de physique en 2010. Cette même année, deux jeunes physiciens de l'Université de Columbia, Jie Shan ainsi que le Kin Fai Mak, a vu des signes que des flocons de molybdénite pourraient être encore plus magiques que le graphène. Le minéral moins connu a des propriétés qui le rendent difficile à étudier – trop difficile pour de nombreux laboratoires – mais il a captivé Shan et Mak. Le duo tenace a consacré près d'une décennie à se disputer la molybdénite 2D (ou disulfure de molybdène, comme on appelle la version du cristal cultivée en laboratoire) et une famille de cristaux 2D étroitement liés.
Aujourd'hui, leurs efforts portent leurs fruits. Shan et Mak, qui sont maintenant mariés et dirigent un groupe de recherche commun à l'Université Cornell, ont montré que les cristaux 2D de bisulfure de molybdène et de ses parents peuvent donner lieu à une énorme variété de phénomènes quantiques exotiques. "C'est un terrain de jeu fou", a déclaré James Hone, un chercheur de Columbia qui fournit au laboratoire Cornell des cristaux de haute qualité. "Vous pouvez faire toute la physique moderne de la matière condensée dans un seul système matériel."
Le groupe de Shan et Mak a capturé des électrons se comportant de manière sans précédent dans ces cristaux plats. Ils ont persuadé les particules de fusionner en un fluide quantique et de se figer en un assortiment de structures ressemblant à de la glace. Ils ont appris à assembler des grilles d'atomes artificiels gigantesques qui servent maintenant de bancs d'essai pour les théories fondamentales de la matière. Depuis l'ouverture de leur laboratoire Cornell en 2018, les maîtres dompteurs d'électrons ont publié huit articles époustouflants dans Nature, la revue scientifique la plus prestigieuse, ainsi qu'une multitude d'autres articles. Les théoriciens disent que le couple élargit la compréhension de ce dont des foules d'électrons sont capables.
Leur recherche "est profondément impressionnante à bien des égards", a déclaré Philippe Kim, un éminent physicien de la matière condensée à l'Université de Harvard. "C'est, je dirais, sensationnel."
Montée des matériaux 2D
Les attributs d'un matériau reflètent généralement ce que font ses électrons. Dans les conducteurs tels que les métaux, par exemple, les électrons naviguent facilement entre les atomes, transportant l'électricité. Dans les isolants comme le bois et le verre, les électrons restent en place. Les semi-conducteurs comme le silicium se situent entre les deux : leurs électrons peuvent être forcés de se déplacer avec un afflux d'énergie, ce qui les rend idéaux pour activer et désactiver les courants - le travail d'un transistor. Au cours des 50 dernières années, outre ces trois comportements électroniques de base, les physiciens de la matière condensée ont vu les particules chargées légères se comporter de nombreuses manières plus exotiques.
L'une des surprises les plus dramatiques est survenue en 1986, lorsque deux chercheurs d'IBM, Georg Bednorz et Alex Müller, détecté un courant d'électrons se déplaçant à travers un cristal d'oxyde de cuivre ("cuprate") sans aucune résistance. Cette supraconductivité - la capacité de l'électricité à circuler avec une efficacité parfaite - avait déjà été observée, mais uniquement pour des raisons bien comprises dans des matériaux refroidis à quelques degrés près du zéro absolu. Cette fois, Bednorz et Müller ont observé une forme mystérieuse du phénomène qui persistait à un record de 35 kelvins (c'est-à-dire 35 degrés au-dessus du zéro absolu). Les scientifiques ont rapidement découvert d'autres cuprates supraconducteurs au-dessus de 100 kelvins. Un rêve est né qui reste peut-être l'objectif numéro un de la physique de la matière condensée aujourd'hui : trouver ou concevoir une substance capable de supraconduire l'électricité dans notre monde chaud d'environ 300 kelvins, permettant des lignes électriques sans perte, des véhicules en lévitation et d'autres dispositifs hyper-efficaces qui réduirait considérablement les besoins énergétiques de l'humanité.
La clé de la supraconductivité consiste à amadouer les électrons, qui normalement se repoussent, pour qu'ils s'apparient et forment des entités appelées bosons. Les bosons peuvent alors fusionner collectivement en un fluide quantique sans friction. Les forces attractives qui créent des bosons, telles que les vibrations atomiques, ne peuvent normalement surmonter la répulsion des électrons qu'à des températures cryogéniques ou hautes pressions. Mais la nécessité de ces conditions extrêmes a empêché la supraconductivité de se retrouver dans les appareils de tous les jours. La découverte des cuprates a fait naître l'espoir que le bon réseau atomique pourrait "coller" les électrons si fermement qu'ils resteraient collés même à température ambiante.
40 ans après la découverte de Bednorz et Müller, les théoriciens ne savent toujours pas exactement comment fonctionne la colle dans les cuprates, et encore moins comment modifier les matériaux pour la renforcer. Ainsi, de nombreuses recherches en physique de la matière condensée sont une chasse par essais et erreurs pour trouver des cristaux capables de garder leurs électrons appariés ou de guider les électrons d'autres manières merveilleuses. "La matière condensée est une branche de la physique qui permet des sérendipités", a déclaré Kim. Telle fut la découverte en 2004 des matériaux 2D.
André Geim ainsi que le Konstantin Novoselov, travaillant avec le graphite à l'Université de Manchester au Royaume-Uni, découvert une conséquence choquante de la fragilité du matériau. Un cristal de graphite contient des atomes de carbone disposés en feuilles d'hexagones faiblement liés. Les théoriciens avaient depuis longtemps prédit que sans l'influence stabilisatrice de la pile, les vibrations induites par la chaleur briseraient une feuille à une couche. Mais Geim et Novoselov ont découvert qu'ils pouvaient décoller des feuilles stables et atomiquement minces avec un peu plus que du scotch et de la persévérance. Le graphène a été le premier matériau vraiment plat - un plan sur lequel les électrons peuvent glisser mais pas de haut en bas.
Hone, le physicien de Columbia, a découvert que le matériau le plus mince du monde est en quelque sorte aussi le plus fort. C'était un bouleversement remarquable pour un matériau qui, selon les théoriciens, ne tiendrait pas du tout ensemble.
Ce qui a le plus intrigué les physiciens à propos du graphène, c'est la façon dont la plaine de carbone a transformé les électrons : rien ne pouvait les ralentir. Les électrons sont souvent déclenchés par le réseau d'atomes à travers lequel ils se déplacent, agissant plus lourd que leur masse normale (les électrons immobiles d'un isolant agissent comme s'ils avaient une masse infinie). Le réseau plat du graphène, cependant, laisse les électrons tourbillonner à un million de mètres par seconde – seulement quelques centaines de fois plus lentement que la vitesse de la lumière. À cette vitesse constante et fulgurante, les électrons volaient comme s'ils n'avaient aucune masse, bénissant le graphène d'une conductivité extrême (mais pas super).
Tout un champ a surgi autour du matériau miracle. Les chercheurs ont également commencé à penser plus largement. Des flocons 2D d'autres substances pourraient-ils abriter leurs propres superpuissances ? Hone faisait partie de ceux qui se sont diversifiés. En 2009, il a mesuré certaines propriétés mécaniques du sosie du graphite, le bisulfure de molybdène, puis a transmis le cristal à deux spécialistes de l'optique du laboratoire Columbia de Tony Heinz. C'était un geste occasionnel qui allait changer la carrière de toutes les personnes impliquées.
L'échantillon de bisulfure de molybdène a atterri entre les mains de Jie Shan, une professeure invitée au début de sa carrière, et de Kin Fai Mak, une étudiante diplômée. Le jeune duo étudiait comment le graphène interagissait avec la lumière, mais ils avaient déjà commencé à rêver à d'autres matériaux. Les électrons rapides du graphène en font un conducteur fantastique, mais ce qu'ils voulaient, c'était un semi-conducteur 2D - un matériau dont ils pourraient activer et désactiver le flux d'électrons, et qui pourrait donc servir de transistor.
Le disulfure de molybdène était connu pour être un semi-conducteur. Et Shan et Mak ont rapidement découvert que, comme le graphite, il gagnait des pouvoirs supplémentaires en 2D. Lorsqu'ils ont pointé un laser sur des cristaux 3D de "disulfure de molybdène" (comme ils l'appellent affectueusement), les cristaux sont restés sombres. Mais lorsque Shan et Mak ont arraché des couches avec du scotch, les ont frappées avec un laser et les ont examinées au microscope, ils ont vu les feuilles 2D briller de mille feux.
Les recherches d'autres groupes confirmeront plus tard que des feuilles bien faites d'un matériau étroitement lié reflètent chaque dernier photon qui les frappe. "C'est un peu ahurissant", a déclaré Mak récemment, lorsque je l'ai rencontré, lui et Shan, dans leur bureau partagé à Cornell. "Vous n'avez qu'une seule feuille d'atomes, et elle peut refléter 100% de la lumière comme un miroir parfait." Ils ont réalisé que cette propriété pouvait conduire à des dispositifs optiques spectaculaires.
Indépendamment, Feng Wang, un physicien de l'Université de Californie à Berkeley, a fait la même découverte. Un matériau 2D hautement réfléchissant et un semi-conducteur en plus ont attiré l'attention de la communauté. Les deux groupes ont publié leurs conclusions en 2010 ; les articles ont depuis reçu plus de 16,000 2 citations entre eux. "Tout le monde avec des lasers a commencé à s'intéresser beaucoup aux matériaux XNUMXD", a déclaré Hone.
En identifiant le bisulfure de molybdène comme deuxième matériau miracle 2D, les deux groupes avaient touché terre sur tout un continent de matériaux 2D. Le disulfure de moly appartient à une famille de substances appelées dichalcogénures de métaux de transition (TMD), dans laquelle des atomes de la région médiane métallique du tableau périodique, tels que le molybdène, se lient à des paires de composés chimiques appelés chalcogénures, tels que le soufre. Le disulfure de moly est le seul TMD naturel, mais il existe des dizaines d'autres que les chercheurs peuvent concocter dans les laboratoires - disulfure de tungstène, ditellurure de molybdène, etc. La plupart forment des feuilles faiblement reliées, ce qui les rend sensibles au côté commercial d'un morceau de ruban adhésif.
Cependant, la vague d'excitation initiale s'est rapidement estompée, car les chercheurs ont eu du mal à faire en sorte que les TMD fassent plus que briller. Le groupe de Wang, pour sa part, s'est rabattu sur le graphène après avoir découvert qu'il ne pouvait pas facilement attacher des électrodes métalliques au disulfure de molybdène. "Cela a été la pierre d'achoppement de notre groupe pendant plusieurs années", a-t-il déclaré. "Même maintenant, nous ne sommes pas très doués pour établir des contacts." Il semblait que le principal avantage des TMD par rapport au graphène était aussi leur plus grande faiblesse : pour étudier les propriétés électroniques d'un matériau, les chercheurs doivent souvent y pousser des électrons et mesurer la résistance du courant résultant. Mais parce que les semi-conducteurs sont de mauvais conducteurs, il est difficile de faire entrer ou sortir des électrons.
Mak et Shan se sont d'abord sentis ambivalents. "Il n'était vraiment pas clair si nous devions continuer à travailler sur le graphène ou commencer à travailler sur ce nouveau matériau", a déclaré Mak. "Mais depuis que nous avons découvert qu'il avait cette belle propriété, nous avons continué à faire quelques expériences supplémentaires."
Au fur et à mesure qu'ils travaillaient, les deux chercheurs sont devenus de plus en plus enchantés par le disulfure de molybdène et l'un par l'autre. Au départ, leur contact était professionnel, limité en grande partie aux e-mails axés sur la recherche. « Fai demandait souvent : 'Où est cette pièce d'équipement ? Où as-tu mis ça? '', A déclaré Shan. Mais finalement leur relation, incubée par de longues heures et catalysée par le succès expérimental, est devenue romantique. "Nous nous sommes juste vus trop souvent, littéralement dans le même laboratoire travaillant sur le même projet", a déclaré Mak. "Le projet qui fonctionnait très bien nous a également rendus heureux."
Toute la physique tout le temps
Il faudrait un partenariat entre deux physiciens dévoués avec une discipline de fer pour mettre au pas les TMD gênants.
Les universitaires venaient toujours facilement à Shan. Ayant grandi dans les années 1970 dans la province côtière du Zhejiang, elle était une étudiante vedette, excellant en mathématiques, en sciences et en langues et obtenant une place convoitée à l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei. Là, elle s'est qualifiée pour un programme d'échange culturel sélectif entre la Chine et l'Union soviétique, et elle a sauté sur l'occasion d'étudier le russe et la physique à l'Université d'État de Moscou. "Lorsque vous êtes adolescent, vous êtes impatient d'explorer le monde", a-t-elle déclaré. "Je n'ai pas hésité."
Tout de suite, elle a vu plus du monde qu'elle ne l'avait prévu. Des problèmes de visa ont retardé son arrivée en Russie de quelques mois et elle a perdu sa place dans le programme linguistique. Les autorités lui ont trouvé une autre voie et peu de temps après son arrivée à Moscou, elle est montée à bord d'un train et a parcouru 5,000 XNUMX kilomètres vers l'est. Trois jours plus tard, elle est arrivée dans la ville d'Irkoutsk au milieu de la Sibérie au début de l'hiver. "Le conseil que j'ai reçu était:" Ne touchez jamais rien sans gants ", de peur qu'elle ne reste coincée, a-t-elle déclaré.
Shan a gardé ses gants, a appris le russe en un seul semestre et a fini par apprécier la beauté austère du paysage hivernal. Lorsque les cours se sont terminés et que la neige a fondu, elle est retournée dans la capitale pour commencer ses études de physique, arrivant à Moscou au printemps 1990, au milieu de l'éclatement de l'Union soviétique.
Ce furent des années chaotiques. Shan a vu des chars rouler dans les rues près de l'université alors que les communistes tentaient de reprendre le contrôle du gouvernement. À une autre occasion, juste après un examen final, des combats ont éclaté. "Nous pouvions entendre des coups de feu et on nous a dit d'éteindre les lumières dans le dortoir", a-t-elle déclaré. Tout, de la nourriture au papier toilette, était rationné grâce à un système de coupons. Néanmoins, Shan s'est sentie inspirée par la résilience de ses professeurs, qui ont poursuivi leurs recherches malgré la tourmente. « Les conditions étaient difficiles, mais beaucoup de scientifiques avaient ce genre d'attitude. Ils aiment vraiment ce qu'ils font, malgré ce qui se passe », a-t-elle déclaré.
Alors que l'ordre mondial s'effondrait, Shan se distingua en publiant un article sur l'optique théorique qui attira l'attention de Heinz à Columbia. Il l'a encouragée à postuler et elle a déménagé à New York, où elle a parfois aidé d'autres étudiants internationaux à prendre pied dans un pays étranger. Elle a recruté Wang pour travailler dans le laboratoire de Heinz, par exemple, et a partagé des conseils expérimentaux. "Elle m'a appris à être patient", a-t-il dit, et "à ne pas être frustré par le laser".
La plupart des chercheurs acceptent un poste postdoctoral après avoir obtenu leur doctorat, mais Shan a rejoint la Case Western Reserve University directement en tant que professeur associé en 2001. Plusieurs années plus tard, en congé sabbatique, elle est retournée au laboratoire de Heinz à Columbia. Pour une fois, son timing était fortuit. Elle a commencé à collaborer avec un étudiant diplômé charmant et aux yeux brillants du groupe de Heinz, Kin Fai Mak.
Mak avait suivi un chemin différent, moins tumultueux, vers New York. Ayant grandi à Hong Kong, il a eu du mal à l'école, car peu de choses en dehors de la physique avaient du sens pour lui. "C'était la seule chose que j'aimais et pour laquelle j'étais vraiment bon, alors j'ai choisi la physique", a-t-il déclaré.
Ses recherches de premier cycle à l'Université de Hong Kong se sont démarquées et Heinz l'a recruté pour rejoindre le programme en plein essor de physique de la matière condensée de Columbia. Là, il s'est lancé dans la recherche, passant presque toutes ses heures d'éveil dans le laboratoire, à l'exception d'un match occasionnel de football intra-muros. Andrea Young, une autre étudiante diplômée (maintenant professeure adjointe à l'Université de Californie à Santa Barbara), partageait un appartement avec Mak sur West 113th Street. « J'ai eu de la chance si je pouvais l'attraper à 2 heures du matin pour cuisiner des pâtes et parler de physique. Tout était physique tout le temps », a déclaré Young.
Mais les bons moments n'ont pas duré. Peu de temps après une excursion dans la forêt amazonienne en Colombie avec Young, Mak est tombé malade. Ses médecins ne savaient pas quoi penser de ses résultats de test déroutants, et il est devenu plus malade. Une heureuse coïncidence lui a sauvé la vie. Young a décrit la situation à son père, un chercheur en médecine, qui a immédiatement reconnu les signes de l'anémie aplasique - une maladie sanguine inhabituelle qui faisait l'objet de ses propres recherches. "Il est en fait très rare de contracter cette maladie, tout d'abord", a déclaré Mak. "Et encore plus rare de contracter une maladie dont le père de votre colocataire est un expert."
Le père de Young a aidé Mak à s'inscrire à des traitements expérimentaux. Il a passé une grande partie de sa dernière année d'études supérieures à l'hôpital et a frôlé la mort à plusieurs reprises. Tout au long de l'épreuve, l'ardeur de Mak pour la physique l'a poussé à continuer à travailler. « Il écrivait PRL lettres de son lit d'hôpital », a déclaré Young, se référant au journal Physical Review Letters. "Malgré tout cela, il était l'un des étudiants les plus productifs de tous les temps", a déclaré Heinz. "C'était quelque chose d'un miracle."
D'autres traitements ont finalement aidé Mak à se rétablir complètement. Young, lui-même un expérimentateur bien connu, plaisantera plus tard sur ses interventions : « Entre amis, je l'appelle ma plus grande contribution à la physique.
Dans le désert 2D
Mak est passé à Cornell en tant que chercheur postdoctoral en 2012, date à laquelle Shan était déjà retourné à Case Western. Ils ont poursuivi des projets individuels avec du graphène et d'autres matériaux, mais ils ont également continué à découvrir ensemble d'autres secrets des TMD.
À Cornell, Mak a appris l'art des mesures de transport d'électrons - l'autre moyen principal de deviner le mouvement des électrons, en plus de l'optique. Cette expertise faisait de lui et de Shan une double menace dans un domaine où les chercheurs se spécialisent généralement dans un type ou l'autre. "Chaque fois que je rencontre Fai et Jie, je me plains:" C'est injuste que vous fassiez du transport "", a déclaré Kim. "Qu'est-ce que je suis supposé faire?"
Plus le duo en apprenait sur les TMD, plus ils devenaient intrigants. Les chercheurs se concentrent généralement sur l'une des deux propriétés des électrons : leur charge et leur spin (ou moment cinétique intrinsèque). Le contrôle du flux de charge électrique est le fondement de l'électronique moderne. Et inverser le spin des électrons pourrait conduire à des dispositifs «spintroniques» qui regroupent plus d'informations dans des espaces plus petits. En 2014, Mak a aidé à découvrir que les électrons du disulfure de molybdène 2D peuvent acquérir une troisième propriété spéciale : ces électrons doivent se déplacer avec des quantités spécifiques d'impulsion, un attribut contrôlable connu sous le nom de "vallée" qui, selon les chercheurs, pourrait engendrer un troisième domaine de la technologie "valleytronique".
Cette même année, Mak et Shan ont identifié une autre caractéristique frappante des TMD. Les électrons ne sont pas les seules entités qui se déplacent à travers un cristal ; les physiciens suivent également les «trous», les lacunes créées lorsque les électrons sautent ailleurs. Ces trous peuvent parcourir un matériau comme de vraies particules chargées positivement. Le trou positif attire un électron négatif pour former un partenariat éphémère, appelé exciton, au moment où l'électron bouche le trou. Shan et Mak mesuré l'attirance entre les électrons et les trous dans le diséléniure de tungstène 2D et l'a trouvé des centaines de fois plus fort que dans un semi-conducteur 3D typique. La découverte a laissé entendre que les excitons dans les TMD pourraient être particulièrement robustes et qu'en général, les électrons étaient plus susceptibles de faire toutes sortes de choses étranges.
Le couple a obtenu des postes ensemble à la Pennsylvania State University et y a ouvert un laboratoire. Enfin convaincus que les TMD valaient la peine de miser sur leur carrière, ils ont fait des matériaux le centre d'intérêt de leur nouveau groupe. Ils se sont également mariés.
Pendant ce temps, l'équipe de Hone à Columbia a vu les propriétés du graphène devenir encore plus extrêmes lorsqu'elle l'a placé sur un isolant de haute qualité, le nitrure de bore. C'était un des premiers exemples de l'un des aspects les plus novateurs des matériaux 2D : leur empilabilité.
Placez un matériau 2D au-dessus d'un autre et les couches seront séparées d'une fraction de nanomètre - aucune distance du tout du point de vue de leurs électrons. En conséquence, les feuilles empilées fusionnent efficacement en une seule substance. "Ce ne sont pas seulement deux matériaux ensemble", a déclaré Wang. "Vous créez vraiment un nouveau matériau."
Alors que le graphène est constitué exclusivement d'atomes de carbone, la famille diversifiée des réseaux TMD apporte des dizaines d'éléments supplémentaires dans le jeu d'empilement. Chaque TMD a ses propres capacités intrinsèques. Certains sont magnétiques ; d'autres supraconducteurs. Les chercheurs avaient hâte de les mélanger et de les assortir à des matériaux de mode avec leurs pouvoirs combinés.
Mais lorsque le groupe de Hone a placé du disulfure de molybdène sur un isolant, les propriétés de la pile ont montré des gains médiocres par rapport à ce qu'ils avaient vu dans le graphène. Finalement, ils ont réalisé qu'ils n'avaient pas vérifié la qualité des cristaux TMD. Lorsqu'ils ont demandé à des collègues de coller leur disulfure de molybdène sous un microscope capable de résoudre des atomes individuels, ils ont été stupéfaits. Certains atomes se trouvaient au mauvais endroit, tandis que d'autres avaient complètement disparu. Jusqu'à 1 site de réseau sur 100 avait un problème, entravant la capacité du réseau à diriger les électrons. Le graphène, en comparaison, était l'image de la perfection, avec environ un défaut par million d'atomes. "Nous avons finalement réalisé que les choses que nous achetions étaient des ordures complètes", a déclaré Hone.
Vers 2016, il a décidé de se lancer dans le développement de TMD de qualité recherche. Il a recruté un postdoc, Daniel Rhodes, avec une expérience dans la croissance de cristaux en faisant fondre des poudres de matières premières à des températures extrêmement élevées, puis en les refroidissant à un rythme glaciaire. "C'est comme faire pousser du sucre candi dans de l'eau", a expliqué Hone. Le nouveau processus a pris un mois, contre quelques jours pour les méthodes commerciales. Mais il a produit des cristaux de TMD des centaines à des milliers de fois meilleurs que ceux en vente dans les catalogues de produits chimiques.
Avant que Shan et Mak ne puissent profiter des cristaux de plus en plus immaculés de Hone, ils ont dû faire face à la tâche peu glorieuse de trouver comment travailler avec des flocons microscopiques qui n'aiment pas accepter les électrons. Pour pomper des électrons (la base de la technique de transport que Mak avait apprise en tant que post-doctorant), le couple était obsédé par d'innombrables détails : quel type de métal utiliser pour l'électrode, à quelle distance du TMD le placer, même quels produits chimiques utiliser utiliser pour nettoyer les contacts. Essayer les innombrables façons de configurer les électrodes était lent et laborieux – "un processus fastidieux pour affiner ceci ou affiner cela petit à petit", a déclaré Mak.
Ils ont également passé des années à trouver comment soulever et empiler les flocons microscopiques, qui ne mesurent que des dixièmes de millionièmes de mètre de diamètre. Avec cette capacité, ainsi que les cristaux de Hone et des contacts électriques améliorés, tout s'est réuni en 2018. Le couple a déménagé à Ithaca, New York, pour occuper de nouveaux postes chez Cornell, et une cascade de résultats pionniers est sortie de leur laboratoire.
Percées à Cornell
"Aujourd'hui, tout est difficile à saisir pour une raison quelconque", a déclaré Zhengchao Xia, un étudiant diplômé du groupe de Mak et Shan, alors que la silhouette sombre d'un flocon de nitrure de bore menaçait de se décoller et de retomber sur la surface de silicium en dessous. La feuille en forme de Madagascar s'accrochait faiblement à un morceau de graphite ressemblant à l'Arabie Saoudite, tout comme du papier pourrait s'accrocher à la surface crépitante d'un ballon récemment frotté. Le graphite, à son tour, était collé à une goutte de rosée gluante de plastique attachée à une lame de verre. Xia a utilisé une interface informatique pour diriger un support motorisé saisissant la glissière. Comme un amateur d'arcade pourrait manœuvrer une machine à griffes avec un joystick, elle a délicatement soulevé la pile dans les airs à une vitesse d'un cinquième de millionième de mètre par clic de souris, regardant attentivement l'écran de l'ordinateur pour voir si elle avait réussi à attraper le flocon de nitrure de bore.
Elle avait. En quelques clics supplémentaires, la pile à deux couches se libéra et Xia se déplaça rapidement mais délibérément pour déposer les flocons sur un troisième matériau incrusté d'électrodes métalliques tentaculaires. En quelques clics supplémentaires, elle chauffa la surface, faisant fondre l'adhésif plastique de la lame avant que l'un de nous ne puisse éternuer l'appareil microscopique.
"J'ai toujours ce cauchemar qu'il disparaît", a-t-elle déclaré.
Du début à la fin, il avait fallu plus d'une heure à Xia pour assembler la moitié inférieure d'un appareil simple - l'équivalent d'un PB&J à face ouverte. Elle m'a montré une autre pile qu'elle avait récemment assemblée et a parlé de quelques-uns des ingrédients, dont le diséléniure de tungstène TMD et le ditellurure de molybdène. L'un des dizaines de sandwichs microscopiques qu'elle a construits et étudiés au cours de la dernière année, ce Dagwood d'un appareil avait 10 couches énormes et a pris plusieurs heures à assembler.
Cet empilement de matériaux 2D, également réalisé dans des laboratoires de Columbia, du Massachusetts Institute of Technology, de Berkeley, de Harvard et d'autres institutions, représente la réalisation d'un rêve de longue date des physiciens de la matière condensée. Les chercheurs ne sont plus limités aux matériaux trouvés dans le sol ou cultivés lentement dans un laboratoire. Ils peuvent désormais jouer avec l'équivalent atomique des briques Lego, en assemblant des feuilles pour construire des structures sur mesure avec les propriétés souhaitées. Lorsqu'il s'agit d'assembler des structures TMD, peu sont allés aussi loin que le groupe Cornell.
La première découverte majeure de Mak et Shan à Cornell concernait les excitons, les paires électron-trou fortement liées qu'ils avaient vues dans les TMD en 2014. Les excitons intriguent les physiciens parce que ces "quasiparticules» peut offrir un moyen détourné d'atteindre un objectif pérenne de la physique de la matière condensée : la supraconductivité à température ambiante.
Les excitons jouent selon les mêmes règles géniales que les paires électron-électron; ces paires électron-trou deviennent également des bosons, ce qui leur permet de se "condenser" dans un état quantique partagé appelé condensat de Bose-Einstein. Cette horde cohérente de quasi-particules peut afficher des traits quantiques tels que la superfluidité, la capacité de s'écouler sans résistance. (Lorsqu'un superfluide transporte du courant électrique, il est supraconducteur.)
Mais contrairement aux électrons répulsifs, les électrons et les trous adorent se coupler. Les chercheurs disent que cela rend potentiellement leur colle plus forte. Les défis de la supraconductivité basée sur les excitons consistent à empêcher l'électron de remplir le trou et à faire circuler les paires électriquement neutres dans un courant, le tout dans une pièce aussi chaude que possible. Jusqu'à présent, Mak et Shan ont résolu le premier problème et ont un plan pour s'attaquer au second.
Des nuages d'atomes peuvent être amenés à former des condensats en les refroidissant à un cheveu au-dessus du zéro absolu avec de puissants lasers. Mais les théoriciens soupçonnent depuis longtemps que des condensats d'excitons pourraient se former à des températures plus élevées. Le groupe Cornell a concrétisé cette idée avec ses TMD empilables. À l'aide d'un sandwich à deux couches, ils ont placé des électrons supplémentaires dans la couche supérieure et retiré les électrons du bas, laissant des trous. Les électrons et les trous se sont appariés, créant des excitons à longue durée de vie car les électrons ont du mal à sauter vers la couche opposée pour neutraliser leurs partenaires. En octobre 2019, le groupe signes signalés d'un condensat d'exciton à un doux 100 kelvins. Dans cette configuration, les excitons ont persisté pendant des dizaines de nanosecondes, une durée de vie pour ce type de quasi-particule. A l'automne 2021, le groupe a décrit un appareil amélioré où les excitons semblent durer des millisecondes, ce que Mak a appelé "pratiquement pour toujours".
L'équipe poursuit maintenant un schéma concocté par des théoriciens en 2008 pour créer un courant d'exciton. Allan MacDonald, un éminent théoricien de la matière condensée de l'Université du Texas à Austin, et son étudiant diplômé Jung-Jung Su ont proposé de faire circuler des excitons neutres en appliquant un champ électrique orienté de manière à encourager les électrons et les trous à se déplacer dans la même direction. Pour réussir en laboratoire, le groupe Cornell doit une fois de plus s'attaquer à son éternel ennemi, les contacts électriques. Dans ce cas, ils doivent fixer plusieurs ensembles d'électrodes aux couches TMD, certaines pour fabriquer les excitons et d'autres pour les déplacer.
Shan et Mak pensent qu'ils sont sur la bonne voie pour obtenir bientôt des excitons pouvant atteindre 100 kelvins. C'est une pièce glaciale pour une personne (−173 degrés Celsius ou −280 degrés Fahrenheit), mais c'est un énorme bond par rapport aux conditions nanokelvin dont la plupart des condensats bosoniques ont besoin.
"Ce sera en soi une belle réussite", a déclaré Mak avec un sourire narquois, "réchauffer la température d'un milliard de fois."
Matériaux moirés magiques
En 2018, alors que le laboratoire Cornell intensifiait ses expériences TMD, une autre surprise du graphène a lancé une deuxième révolution des matériaux 2D. Pablo Jarillo-Herrero, chercheur au MIT et autre ancien de Columbia, a annoncé que la torsion d'une couche de graphène par rapport à la couche inférieure créait un nouveau matériau 2D magique. Le secret consistait à déposer la couche supérieure de manière à ce que ses hexagones atterrissent avec une légère "torsion", de sorte qu'ils soient tournés d'exactement 1.1 degré par rapport aux hexagones en dessous. Ce désalignement d'angle provoque un décalage entre les atomes qui grandit et rétrécit lorsque vous vous déplacez sur un matériau, générant un motif répétitif de grandes "supercellules" connues sous le nom de super-réseau moiré. MacDonald et un collègue avaient calculé en 2011 qu'à «l'angle magique» de 1.1 degré, la structure cristalline unique du super-réseau obligerait les électrons du graphène à ralentir et à détecter la répulsion de leurs voisins.
Lorsque les électrons prennent conscience les uns des autres, des choses étranges se produisent. Dans les isolants, conducteurs et semi-conducteurs normaux, on pense que les électrons n'interagissent qu'avec le réseau des atomes; ils courent trop vite pour se remarquer. Mais au ralenti, les électrons peuvent se bousculer et assumer collectivement un assortiment d'états quantiques exotiques. Les expériences de Jarillo-Herrero ont démontré que, pour très peu compris raisons, cette communication électron à électron dans le graphène torsadé à angle magique donne lieu à un forme particulièrement forte de supraconductivité.
Le super-réseau de graphène moiré a également présenté aux chercheurs une nouvelle façon radicale de contrôler les électrons. Dans le super-réseau, les électrons deviennent inconscients des atomes individuels et font l'expérience des supercellules elles-mêmes comme s'il s'agissait d'atomes géants. Cela facilite le remplissage des supercellules avec suffisamment d'électrons pour former des états quantiques collectifs. En utilisant un champ électrique pour composer vers le haut ou vers le bas le nombre moyen d'électrons par supercellule, le groupe de Jarillo-Herrero a pu faire en sorte que leur dispositif de graphène bicouche torsadé serve de supraconducteur, agisse comme un isolant, ou afficher un radeau d'autres, comportements d'électrons étrangers.
Les physiciens du monde entier se sont précipités dans le domaine naissant de la « twistronique ». Mais beaucoup ont trouvé que la torsion est difficile. Les atomes n'ont aucune raison de tomber proprement dans le désalignement «magique» de 1.1 degré, de sorte que les feuilles se froissent d'une manière qui change complètement leurs propriétés. Xia, l'étudiante diplômée de Cornell, a déclaré qu'elle avait un groupe d'amis dans d'autres universités travaillant avec des appareils torsadés. La création d'un appareil fonctionnel leur demande généralement des dizaines d'essais. Et même dans ce cas, chaque appareil se comporte différemment, de sorte que des expériences spécifiques sont presque impossibles à répéter.
Les TMD présentent un moyen beaucoup plus simple de créer des super-réseaux moirés. Étant donné que différents TMD ont des réseaux hexagonaux de tailles différentes, l'empilement d'un réseau d'hexagones légèrement plus grands sur un réseau plus petit crée un motif de moiré exactement comme le fait le désalignement d'angle. Dans ce cas, comme il n'y a pas de rotation entre les couches, la pile est plus susceptible de s'enclencher et de rester immobile. Lorsque Xia entreprend de créer un dispositif de moiré TMD, dit-elle, elle réussit généralement quatre fois sur cinq.
Les matériaux moirés TMD constituent des terrains de jeux idéaux pour explorer les interactions électroniques. Parce que les matériaux sont des semi-conducteurs, leurs électrons deviennent lourds lorsqu'ils traversent les matériaux, contrairement aux électrons frénétiques du graphène. Et les gigantesques cellules moirées les ralentissent davantage : alors que les électrons se déplacent souvent entre les atomes par "tunneling", un comportement mécanique quantique semblable à la téléportation, le tunneling se produit rarement dans un réseau moiré, car les supercellules sont environ 100 fois plus éloignées que les atomes à l'intérieur. . La distance aide les électrons à s'installer et leur donne une chance de connaître leurs voisins.
Le rival amical de Shan et Mak, Feng Wang, a été l'un des premiers à reconnaître le potentiel des super-réseaux moirés TMD. Des calculs au fond de l'enveloppe ont suggéré que ces matériaux devraient donner lieu à l'une des façons les plus simples dont les électrons peuvent s'organiser - un état connu sous le nom de cristal de Wigner, où la répulsion mutuelle verrouille les électrons léthargiques en place. L'équipe de Wang a vu signes de tels états en 2020 et publié la première image d'électrons se tenant à bout de bras dans Nature en 2021. À ce moment-là, la nouvelle des activités de moiré TMD de Wang s'était déjà répandue dans la communauté de la physique 2D soudée, et l'usine Cornell TMD produisait ses propres dispositifs de moiré TMD. Shan et Mak ont également rapporté des preuves de cristaux de Wigner dans les super-réseaux TMD en 2020 et ont découvert en quelques mois que les électrons de leurs appareils pouvaient se cristalliser en presque deux douzaines de motifs de cristaux Wigner différents.
Dans le même temps, le groupe Cornell fabriquait également des matériaux moirés TMD dans un outil électrique. MacDonald et collaborateurs avait prédit en 2018 que ces appareils ont la bonne combinaison de caractéristiques techniques pour qu'ils représentent parfaitement l'un des modèles de jouets les plus importants en physique de la matière condensée. Le modèle Hubbard, comme on l'appelle, est un système théorisé utilisé pour comprendre une grande variété de comportements électroniques. Proposé indépendamment par Martin Gutzwiller, Junjiro Kanamori et John Hubbard en 1963, le modèle est la meilleure tentative des physiciens pour dépouiller la variété pratiquement infinie des réseaux cristallins jusqu'à leurs caractéristiques les plus essentielles. Imaginez une grille d'atomes hébergeant des électrons. Le modèle de Hubbard suppose que chaque électron ressent deux forces concurrentes : il veut se déplacer par effet tunnel vers les atomes voisins, mais il est également repoussé par ses voisins, ce qui lui donne envie de rester là où il est. Différents comportements apparaissent en fonction du désir le plus fort. Le seul problème avec le modèle de Hubbard est que dans tous les cas sauf le plus simple - une chaîne d'atomes 1D - il est mathématiquement insoluble.
Selon MacDonald et ses collègues, les matériaux moirés TMD pourraient agir comme des "simulateurs" du modèle Hubbard, résolvant potentiellement certains des mystères les plus profonds du domaine, tels que la nature de la colle qui lie les électrons en paires supraconductrices dans les cuprates. Au lieu de se débattre avec une équation impossible, les chercheurs ont pu libérer des électrons dans un sandwich TMD et voir ce qu'ils faisaient. "Nous pouvons écrire ce modèle, mais il est très difficile de répondre à beaucoup de questions importantes", a déclaré MacDonald. "Maintenant, nous pouvons le faire simplement en faisant une expérience. C'est vraiment révolutionnaire.
Pour construire leur simulateur de modèle Hubbard, Shan et Mak ont empilé des couches de diséléniure de tungstène et de sulfure de tungstène pour créer un super-réseau moiré, et ils ont attaché des électrodes pour composer vers le haut ou vers le bas un champ électrique traversant le sandwich TMD. Le champ électrique contrôlait le nombre d'électrons remplissant chaque supercellule. Puisque les cellules agissent comme des atomes géants, passer d'un électron à deux électrons par supercellule revient à transformer un réseau d'atomes d'hydrogène en un réseau d'atomes d'hélium. Dans leurs publication initiale du modèle Hubbard in Nature en mars 2020, ils ont rapporté avoir simulé des atomes avec jusqu'à deux électrons ; aujourd'hui, ils peuvent aller jusqu'à huit. Dans un certain sens, ils avaient réalisé l'ancien objectif de transformer le plomb en or. "C'est comme régler la chimie", a déclaré Mak, "parcourir le tableau périodique." En principe, ils peuvent même évoquer une grille d'atomes fictifs avec, disons, 1.38 électrons chacun.
Ensuite, le groupe s'est penché sur le cœur des atomes artificiels. Avec plus d'électrodes, ils pourraient contrôler le "potentiel" des supercellules en effectuant des changements semblables à l'ajout de protons positifs aux centres des atomes synthétiques géants. Plus un noyau est chargé, plus il est difficile pour les électrons de s'éloigner, donc ce champ électrique leur permet d'augmenter et d'abaisser la tendance au saut.
Le contrôle de Mak et Shan sur les atomes géants - et donc le modèle de Hubbard - était complet. Le système de moiré TMD leur permet d'invoquer une grille d'atomes ersatz, même ceux qui n'existent pas dans la nature, et de les transformer en douceur comme ils le souhaitent. C'est un pouvoir qui, même pour d'autres chercheurs dans le domaine, frôle la magie. "Si je devais distinguer leur effort le plus excitant et le plus impressionnant, c'est celui-là", a déclaré Kim.
Le groupe Cornell a rapidement utilisé ses atomes concepteurs pour régler un débat vieux de 70 ans. La question était : Et si vous pouviez prendre un isolant et modifier ses atomes pour le transformer en un métal conducteur ? Le basculement se ferait-il progressivement ou brutalement ?
Avec leur alchimie moirée, Shan et Mak ont réalisé l'expérience de pensée dans leur laboratoire. Ils ont d'abord simulé des atomes lourds, qui ont piégé des électrons de sorte que le super-réseau TMD ait agi comme un isolant. Ensuite, ils ont rétréci les atomes, affaiblissant le piège jusqu'à ce que les électrons deviennent capables de sauter vers la liberté, laissant le super-réseau devenir un métal conducteur. En observant une résistance électrique diminuant progressivement à mesure que le super-réseau agissait de plus en plus comme un métal, ils ont montré que la transition n'est pas abrupte. Ce constat, qui ils ont annoncé in Nature l'année dernière, ouvre la possibilité que les électrons du super-réseau soient capables d'atteindre un type de fluidité longtemps recherché connu sous le nom de liquide de spin quantique. "C'est peut-être le problème le plus intéressant auquel on puisse s'attaquer", a déclaré Mak.
Presque au même moment, le couple a eu de la chance dans ce que certains physiciens considèrent comme leur découverte la plus importante à ce jour. "C'était en fait un accident total", a déclaré Mak. "Personne ne s'y attendait."
Lorsqu'ils ont commencé leurs recherches sur le simulateur Hubbard, les chercheurs ont utilisé des sandwichs TMD dans lesquels les hexagones des deux couches sont alignés, avec des métaux de transition sur des métaux de transition et des chalcogénures sur des chalcogénures. (C'est alors qu'ils ont découvert la transition graduelle de l'isolant au métal.) Puis, par hasard, ils ont répété l'expérience avec des appareils dans lesquels la couche supérieure avait été empilée à l'envers.
Comme auparavant, la résistance a commencé à chuter lorsque les électrons ont commencé à sauter. Mais ensuite, il a plongé brusquement, descendant si bas que les chercheurs se sont demandé si le moiré avait commencé à devenir supraconducteur. En explorant plus loin, cependant, ils mesuré un modèle rare de résistance connu sous le nom d'effet Hall anormal quantique - preuve que quelque chose d'encore plus étrange se passait. L'effet indiquait que la structure cristalline de l'appareil obligeait les électrons le long du bord du matériau à agir différemment de ceux du centre. Au milieu de l'appareil, les électrons étaient piégés dans un état isolant. Mais autour du périmètre, ils coulaient dans une direction, ce qui explique la très faible résistance. Par accident, les chercheurs avaient créé un type de matière extrêmement inhabituel et fragile connu sous le nom d'isolant de Chern.
L'effet hall anormal quantique, observé pour la première fois en 2013, s'effondre généralement si la température dépasse quelques centièmes de kelvin. En 2019, le groupe de Young à Santa Barbara l'avait vu dans un sandwich au graphène torsadé unique à environ 5 kelvins. Maintenant, Shan et Mak avaient obtenu l'effet à peu près à la même température, mais dans un appareil TMD sans torsion que n'importe qui peut recréer. "La nôtre était une température plus élevée, mais je vais prendre la leur n'importe quel jour car ils peuvent le faire 10 fois de suite", a déclaré Young. Cela signifie que vous pouvez le comprendre "et l'utiliser pour réellement faire quelque chose".
Mak et Shan pensent qu'avec un peu de bricolage, ils peuvent utiliser des matériaux moirés TMD pour construire des isolateurs Chern qui survivent jusqu'à 50 ou 100 kelvins. S'ils réussissent, les travaux pourraient conduire à une autre façon de faire circuler le courant sans résistance – du moins pour les minuscules « nanofils », qu'ils pourraient même être capables d'allumer et d'éteindre à des endroits spécifiques d'un appareil.
Exploration à Flatland
Même si les résultats marquants s'accumulent, le couple ne montre aucun signe de ralentissement. Le jour de ma visite, Mak a regardé les étudiants bricoler un réfrigérateur à dilution imposant qui leur permettrait de refroidir leurs appareils à des températures mille fois plus froides que celles avec lesquelles ils ont travaillé jusqu'à présent. Il y a eu tellement de physique à découvrir dans des conditions « plus chaudes » que le groupe n'a pas eu l'occasion de rechercher en profondeur dans le domaine cryogénique plus profond des signes de supraconductivité. Si le super frigo laisse supraconduire les TMD, cela répondra à une autre question, montrant que une forme de magnétisme intrinsèque aux cuprates (mais absent des TMD) n'est pas un ingrédient essentiel de la colle liant les électrons. "C'est comme tuer l'un des composants importants que les théoriciens voulaient vraiment tuer depuis longtemps", a déclaré Mak.
Lui, Shan et leur groupe n'ont même pas commencé à expérimenter certains des TMD les plus funky. Après avoir passé des années à inventer l'équipement nécessaire pour se déplacer sur le continent des matériaux 2D, ils se préparent enfin à s'aventurer au-delà de la tête de pont en disulfure de molybdène sur laquelle ils ont atterri en 2010.
Les deux chercheurs attribuent leur succès à une culture de coopération qu'ils ont absorbée à Columbia. La collaboration initiale avec Hone qui les a initiés au bisulfure de molybdène, disent-ils, n'était qu'une des nombreuses opportunités dont ils ont profité parce qu'ils étaient libres de suivre leur curiosité. "Nous n'avons pas eu à discuter" de leurs plans avec Heinz, le chef de leur laboratoire, a déclaré Shan. « Nous avons parlé à des gens d'autres groupes. Nous avons fait les expériences. Nous avons même bouclé les choses.
Aujourd'hui, ils favorisent un environnement tout aussi détendu à Cornell, où ils supervisent une vingtaine de post-doctorants, de chercheurs invités et d'étudiants, qui sont tous largement libres de faire leur propre travail. "Les étudiants sont très intelligents et ont de bonnes idées", a déclaré Mak. "Parfois, vous ne voulez pas intervenir."
Leur mariage rend également leur laboratoire unique. Les deux ont appris à s'appuyer sur leurs forces personnelles. Outre une abondance de créativité en tant qu'expérimentatrice, Shan possède une discipline minutieuse qui fait d'elle une bonne gestionnaire; pendant que nous parlions tous les trois, elle a fréquemment poussé le « professeur Fai » sur la bonne voie lorsque son enthousiasme pour la physique l'a poussé trop loin dans les détails techniques. Mak, pour sa part, aime travailler aux côtés des chercheurs en début de carrière, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du laboratoire. Il a récemment commencé l'escalade avec le groupe. "Il semble que leur laboratoire soit leur famille", a déclaré Young. Shan et Mak m'ont dit qu'ils accomplissaient plus ensemble qu'ils ne le pourraient seuls. "Un plus un est plus que deux", a déclaré Mak.
Les appareils qu'ils construisent peuvent également s'empiler pour être plus que la somme de leurs parties. Alors que les chercheurs joignent les feuilles TMD pour créer des excitons et des super-réseaux de moiré, ils spéculent sur la façon dont les nouvelles façons de domestiquer les électrons pourraient suralimenter la technologie. Même si la supraconductivité de poche reste insaisissable, les condensats de Bose-Einstein pourraient conduire à des capteurs quantiques ultra-sensibles, et un meilleur contrôle des isolants de type Chern pourrait permettre ordinateurs quantiques puissants. Et ce ne sont que des idées évidentes. Les améliorations progressives de la science des matériaux s'ajoutent souvent à des applications radicales que peu voyaient venir. Les chercheurs qui ont développé le transistor, par exemple, auraient eu du mal à prédire les smartphones alimentés par des milliards de commutateurs microscopiques intégrés dans une puce de la taille d'un ongle. Et les scientifiques qui se sont efforcés de façonner des fibres de verre capables de transporter la lumière sur leur paillasse de laboratoire n'auraient pas pu prévoir que des fibres optiques sous-marines de 10,000 XNUMX kilomètres relieraient un jour les continents. Les matériaux bidimensionnels peuvent évoluer dans des directions tout aussi imprévisibles. "Une plate-forme de matériaux vraiment nouvelle génère ses propres applications au lieu de déplacer des matériaux existants", a déclaré Heinz.
En me conduisant à l'arrêt de bus d'Ithaca, Shan et Mak m'ont raconté des vacances récentes (et rares) qu'ils ont prises à Banff, au Canada, où ils ont une fois de plus montré leur talent pour tomber sur des surprises grâce à un mélange d'effort et de chance. Ils avaient passé des jours à essayer - en vain - de repérer un ours. Puis, à la fin du voyage, sur le chemin de l'aéroport, ils s'arrêtent pour se dégourdir les jambes dans une réserve botanique et se retrouvent nez à nez avec un ours noir.
De même, avec la physique de la matière condensée, leur approche consiste à se promener ensemble dans un nouveau paysage et à voir ce qui se présente. "Nous n'avons pas beaucoup de conseils théoriques, mais nous nous contentons de nous amuser et de jouer avec des expériences", a déclaré Mak. "Cela peut échouer, mais parfois vous pouvez tomber sur quelque chose de très inattendu."
