Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Bons plans et avis Gearbest: Xiaomi Mi Mix2, OnePlus 5T
Code promo Gearbest: réduction, coupon, livraison...
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
Posté par Isabelle le Samedi 18/12/2010 à 12:00
Une phase exotique sur une puce atomique
Le développement des technologies modernes est basé sur une compréhension approfondie des propriétés de transport au sein de la matière. Les appareils électroniques et les ordinateurs reposent en effet sur la possibilité de générer et de contrôler des courants d'électrons, particules présentes en abondance dans les matériaux. En exploitant leur charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui...) électrique ainsi que leurs réponses aux champs électromagnétiques, ces particules sont minutieusement guidées le long de circuits formés de matériaux conducteurs. Le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des...) d'information dont nous bénéficions quotidiennement est ainsi associé à une propriété intrinsèque de l'électron: sa charge. Outre sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) et sa charge, l'électron possède une autre propriété dont l'existence ne fut dévoilée qu'avec l'élaboration de la mécanique quantique. Cette propriété, appelée spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre...), peut être imaginée comme provenant d'une rotation fictive de la particule sur elle-même et joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle fondamental pour l'étude du magnétisme. Contrairement à sa charge, le spin de l'électron peut prendre deux valeurs distinctes et contient ainsi une quantité d'information plus importante. En maîtrisant ce degré de liberté supplémentaire, des chercheurs envisagent une révolution des technologies modernes, communément appelée spintronique. Aujourd'hui, la réalisation et le contrôle des courants de spins représentent un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) en plein développement.


Réalisation de courants de spins sur une puce atomique - Illustration: ULB

En 2007, une nouvelle famille de matériaux, nommés isolants topologiques, fut mise en évidence au laboratoire [Laboratoire dirigé par H. Buhmann à l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) de l’Université de Wurzburg]. Contrairement aux isolants habituels, qui ne conduisent pas de courant électrique, ceux-ci présentent des courants de spins qui circulent le long du bord des échantillons. De façon remarquable, ce transport de spins s'effectue sans perte d'énergie et se révèle extrêmement robuste face à des perturbations exercées sur le système. La robustesse de ce phénomène, nommé "effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant...) quantique de spin", s'explique de façon élégante au niveau théorique: lorsqu'il se manifeste, le matériau entre dans une nouvelle phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) caractérisée par un invariant topologique (un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) mathématique qui ne peut changer de valeur sous de petites déformations). Cette phase particulière de la matière est exotique, dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine....) où elle ne peut être classée selon les critères habituels développés par la théorie des transitions de phases.

Les matériaux caractérisés par l'effet Hall quantique de spin présentent malheureusement de nombreuses imperfections, comme des impuretés ou des interactions accidentelles entre les particules. Ces défauts masquent de façon considérable certains effets intéressants et rendent difficile l'application des isolants topologiques dans l'industrie. Une meilleure compréhension des isolants topologiques requière ainsi des dispositifs plus propres et maniables.

Les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il...) froids, des atomes piégés et refroidis par des lasers, constituent un terrain de jeu idéal pour explorer les phases exotiques de la matière. Ces systèmes artificiels offrent en effet la possibilité de contrôler les interactions entre les particules et ne comportent pas d'impureté, contrairement aux matériaux classiques. Dans ce sens, les atomes froids sont des simulateurs quantiques qui exploitent des technologies expérimentales de pointe. En particulier, ces systèmes permettent de manipuler les spins des atomes avec une grande précision. Reproduire des isolants topologiques en contrôlant la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de ces atomes froids offrirait une approche idéale de l'effet Hall quantique de spin au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure...) d'un laboratoire.

Dans un article récemment accepté dans la prestigieuse revue Physical Review Letters, une équipe de chercheurs internationale décrit une telle expérience. Ce travail est le résultat d'une collaboration réunissant des théoriciens [N. Goldman (Université Libre de Bruxelles), A. Bermudez, M. A. Martin-Delgado (Universidad Complutense, Madrid), M. Lewenstein (Institut des Sciences Photoniques-ICFO, Barcelone), I. Satija, P. Nikolic (NIST, Maryland, USA)] et l'expérimentateur I. Spielman du National Institute of Standards and Technology (NIST). Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...), ils ont élaboré un dispositif ingénieux permettant de produire des isolants topologiques en manipulant des atomes froids placés sur une puce. Celle-ci contient de nombreux fils électriques créant des champs magnétiques complexes, qui à leur tour confinent et dirigent le mouvement des atomes. En contrôlant ces champs magnétiques, sur base de méthodes expérimentales développées par I. Spielman au NIST, ces auteurs montrent que le système atomique peut entrer dans une phase topologique caractérisée par l'effet Hall quantique de spin. Les auteurs proposent également une méthode efficace pour détecter les courants de spin qui émergent dans ce nouveau contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui...).

La réalisation de liquides topologiques avec des atomes froids approfondira nos connaissances de ces phases exotiques et guidera très certainement le développement de la spintronique et de la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) quantique.

References
Realistic Time-Reversal Invariant Topological Insulators With Neutral Atoms (to appear in Physical Review Letters)
Authors: N. Goldman, I. Satija, P. Nikolic, A. Bermudez, M. A. Martin-Delgado, M. Lewenstein and I. B. Spielman.
Preprint: arXiv:1011.3909
Contact information: Dr. Nathan Goldman, ngoldman@ulb.ac.be


Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source et illustration: ULB