Percée dans la recherche quantique : découverte de quasiparticules lumineuses !

Percée dans la recherche quantique : découverte de quasiparticules lumineuses !

Les scientifiques du cluster d'excellence Würzburg-Dresde ct.qmat ont réalisé des progrès significatifs dans la recherche quantique. Ils ont détecté pour la première fois des quasiparticules optiques, appelées excitons, à la surface d’un matériau quantique antiferromagnétique. Cette découverte représente une étape importante dans le développement de nouvelles technologies quantiques et a été publiée dans la célèbre revue scientifique Matériaux naturels publié.

L'équipe de recherche, dirigée par Alexey Chernikov, a examiné le mouvement des excitons en utilisant une microscopie ultrarapide à des températures ultra-basses. La structure chimique spécifique du bromure de sulfure de chrome (CrSBr) de l'aimant semi-conducteur s'avère particulièrement adaptée car elle combine l'ordre magnétique et les propriétés semi-conductrices. Contrairement aux études précédentes, dans lesquelles les excitons se produisent principalement dans des matériaux non magnétiques, des perspectives complètement nouvelles sont ici offertes.

Excitons : stockage léger et supports d'informations

Les excitons sont créés lorsqu’une impulsion de lumière excite un électron, laissant un « trou » chargé positivement. Ces quasi-particules peuvent stocker l’énergie lumineuse et se déplacer à travers le matériau, libérant de l’énergie sous forme de lumière lors de leur dissolution. Dans les couches atomiquement minces, leur stabilité est maintenue d’environ -268°C à température ambiante. À la surface du CrSBr, les excitons réfléchissent la lumière dans une couleur différente, ce qui leur permet d'être analysés et manipulés par des champs magnétiques.

De plus, l’équipe a découvert des excitons mobiles qui se déplacent dans des directions opposées, comportement cohérent avec les travaux théoriques de Mikhail M. Glazov. Ce phénomène est purement mécanique quantique et pourrait avoir des applications de grande envergure dans des domaines tels que les nouvelles sources laser, les capteurs de lumière et les cellules solaires.

Coopération internationale et perspectives d'avenir

Le projet de recherche est le résultat d'une coopération internationale avec des scientifiques des États-Unis, d'Allemagne, de Grande-Bretagne, des Pays-Bas et de la République tchèque. Le pôle d'excellence ct.qmat, soutenu depuis 2019 par l'université Julius Maximilian de Würzburg et la TU Dresden, comprend plus de 300 chercheurs de plus de 30 pays qui travaillent à la recherche de matériaux quantiques topologiques dans des conditions extrêmes.

Une autre découverte importante au sein du pôle d’excellence est que des excitons ont été générés pour la première fois dans un isolant topologique, ce qui représente une autre avancée majeure. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de puces informatiques et de processeurs quantiques contrôlés par la lumière. L’interaction entre la lumière et les excitons est utilisée pour créer des qubits, les unités informatiques de base des ordinateurs quantiques.

À l’avenir, les résultats de ces études pourraient conduire à des développements révolutionnaires dans le domaine de la communication et de l’informatique quantiques. Le pôle d'excellence reçoit un financement dans le cadre de la stratégie d'excellence des gouvernements fédéral et des États.