Cohérence quantique électronique macroscopique dans un circuit
Publié par Redbran le 06/06/2019 à 14:00
Source: CNRS-C2N
Une équipe de chercheurs du C2N a réalisé, lors d'un travail expérimental, une propagation cohérente d'électrons dans des circuits sur des distances macroscopiques grâce à une nouvelle stratégie de nano-ingénierie.


Figure: Micrographie électronique à balayage colorée de l'échantillon: interféromètre de Mach Zehnder et stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de confinement sont utilisés pour obtenir et démontrer une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) de cohérence électronique record: 0,25 mm. Crédits: C2N.

La cohérence quantique des quasi-particules électroniques sous-tend de nombreuses propriétés de 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...) émergentes des conducteurs à petite échelle. De nouvelles implémentations électroniques de dispositifs d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) quantique sont maintenant disponibles avec des perspectives telles que les manipulations de qubits "volants". Cependant, les interférences électroniques quantiques dans les conducteurs (longueur de cohérence quantique) restaient jusqu'à présent limitées à des trajets de propagation inférieurs à 30 µm, indépendamment du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...), de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) et des conditions expérimentales: des valeurs maximales remarquablement similaires ont été obtenues dans les semi-conducteurs balistiques, les métaux diffusifs ou même les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 2D comme le graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.).

En utilisant la nano-ingénierie de circuits, une équipe du département Nanoélectronique du C2N a obtenu pour la première fois une valeur macroscopique de la longueur de cohérence quantique: 0,25 mm, ce qui signifie qu'elle est visible à l'œil nu. Ce résultat est obtenu le long des canaux de bord qui guident les électrons dans le régime de Hall quantique. Normalement, dans cette configuration, la cohérence est limitée par le couplage électronique entre canaux adjacents. Pour éviter les collisions entre canaux, les chercheurs ont fabriqué une nanostructure qui limite le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) des électrons à de petites boucles dans des compartiments bordant la paroi interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable...) du canal. Ce confinement oblige les canaux internes à rester dans leur état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle des états...), ce qui rend impossible les collisions inélastiques entre électrons. Combiné à une isolation remarquable des autres mécanismes de décohérence, ce confinement augmente la longueur de cohérence d'environ un ordre de grandeur.

Ce travail étend les possibilités d'exploiter les comportements quantiques des électrons jusqu'aux échelles de longueur macroscopiques et ouvre de nouvelles perspectives en optique électronique quantique.

Références:
- Macroscopic electron quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure...) coherence in a solid-state circuit, H. Duprez, E. Sivre, A. Anthore, A. Aassime, A. Cavanna, A. Ouerghi, U. Gennser et F. Pierre, Physical Review X, 9, 021030 – publié le 14 Mai 2019
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.021030
- Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Univ Paris-Sud/Paris-Saclay
- Université de Paris (L’Université de Paris était l’une des plus importantes et des plus anciennes universités médiévales. Apparue au XIIe siècle, elle est reconnue par le roi...), Univ Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de...) Diderot

Contacts:
- Anne Anthore, Associate Professor Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Paris at C2N
- Frédéric Pierre, CNRS Senior Researcher at C2N
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