Ingénierie des états quantiques dans les solides à l’aide de la lumière


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  • Une équipe de recherche POSTECH dirigée par les professeurs Gil-Ho Lee et Gil Young Cho (Département de physique) a développé une plateforme capable de contrôler les propriétés des matériaux solides avec la lumière et de les mesurer.

    Reconnu pour avoir développé une plate-forme pour contrôler et mesurer les propriétés des matériaux de différentes manières avec la lumière, les résultats de l’étude ont été publiés dans la plus grande revue universitaire internationale Nature le 15 mars 2022 (GMT).

    Les propriétés électriques d’un matériau sont déterminées par le mouvement des électrons dans le matériau. Par exemple, un matériau est défini comme un métal si les électrons peuvent se déplacer librement, sinon c’est un isolant. Afin de modifier les propriétés électriques de ces solides, l’application de chaleur ou de pression ou l’ajout d’impuretés ont été généralement utilisés. En effet, le changement de position des atomes dans le solide modifie en conséquence le mouvement des électrons.

    En revanche, l’état de Floquet, dans lequel l’état quantique d’origine est reproduit lorsque la lumière est irradiée sur des matières, a été proposé. En adoptant un tel concept, les états quantiques des matières peuvent être facilement manipulés avec de la lumière, qui peut être utilisée efficacement dans les systèmes quantiques.

    Dans les expériences précédentes, l’intensité lumineuse pour réaliser l’état de Floquet dans les solides était énorme en raison de la fréquence élevée de la lumière. De plus, les états de Floquet ne durent qu’un temps très court de 250 femtosecondes (1 femtoseconde est un trillionième de seconde). En raison de leur nature transitoire, des études plus quantitatives de leurs caractéristiques ont été limitées.

    L’équipe de recherche de POSTECH a réussi à réaliser expérimentalement l’état stationnaire de Floquet dans une jonction Josephson de graphène (GJJ) et en irradiant des micro-ondes en continu sur celle-ci. L’intensité de la lumière a été réduite à un trillionième de la valeur des expériences précédentes, réduisant considérablement la génération de chaleur et permettant des états Floquet de durée continue.

    L’équipe de recherche a également développé une nouvelle spectroscopie supraconductrice à effet tunnel pour mesurer les états de Floquet avec une résolution à haute énergie. Ceci est nécessaire pour vérifier quantitativement les caractéristiques de l’état Floquet qui varie en fonction de l’intensité, de la fréquence et de la polarisation de la lumière appliquée au dispositif.

    « Cette étude est significative dans la mesure où nous avons créé une plateforme qui peut étudier en détail l’état de Floquet », ont expliqué les professeurs Gil-Ho Lee et Gil Young Cho qui ont dirigé l’étude. Ils ont ajouté: « Nous prévoyons d’étudier plus avant la corrélation entre les propriétés de la lumière, telles que la polarisation, et les états de Floquet. »

    Cette étude a été menée avec le soutien de la Samsung Science and Technology Foundation, de la National Research Foundation of Korea, de l’Institute for Basic Science, de l’Air Force Office of Scientific Research et de l’Elemental Strategy Initiative menée par le MEXT.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH). Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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