CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Faits marquants 2019

31 janvier 2019

Dans un atome, les niveaux d’énergie électroniques présentent une structure fine : certains niveaux se dédoublent du fait de l’interaction spin-orbite, qui couple le spin de l’électron à son mouvement orbital autour du noyau. Des chercheurs du Groupe Quantronique viennent de révéler une structure analogue dans le spectre d’excitation d’un circuit électrique supraconducteur comprenant un nanofil semiconducteur, au sein duquel le couplage spin-orbite est très fort. D’une façon remarquable, le spin d’un seul électron dans le nanofil a un effet mesurable sur les propriétés électriques globales du circuit, qui comprend plus d’un trillion d’électrons.

17 janvier 2019

L'électron est une particule élémentaire portant la charge élémentaire "e", une constante fondamentale de la physique. Cependant, dans un conducteur confiné en 2 dimensions soumis à un champ magnétique intense (10 T), les électrons peuvent s’organiser en un nouvel état quantique topologiquement corrélé où le courant électrique peut être transporté par des charges fractionnaires : e/3, e/4, e/5… . Ni fermions (comme les électrons), ni bosons (comme les photons), ces particules élémentaires artificielles sont dénommées anyons, car on pense qu’elles obéissent à une "statistique quantique fractionnaire". Certaines variétés d’anyons pourraient être exploitées pour le "calcul quantique topologique", où l'information quantique est portée par des états bien définis (qubit), car topologiquement protégés.

Une équipe du SPEC CEA, en collaboration avec le Cavendish Laboratory de Cambridge (UK) pour l'élaboration du matériau, a montré que l’on pouvait observer et manipuler des anyons de charge fractionnaire e* = e/3 ou e/5, avec des photons microondes de fréquence f. Ceci est mis en évidence par l'observation, en présence d'une polarisation V et d'un champ microonde de fréquence f, d'un bruit photo-assisté excédentaire, mesuré au-delà d'une tension seuil VJ donnée par la relation de Josephson : e*VJ=hf. Ces résultats sont publiés dans la revue "Science".

La mesure de ce seuil apporte une nouvelle détermination originale de la charge fractionnaire des anyons. Elle donne aussi la preuve que les anyons peuvent absorber ou émettre des photons, ce qui ouvre une voie pour leur manipulation résolue en temps et tenter de mettre en évidence leur statistique fractionnaire.

11 mars 2019
Des chercheurs du SPEC, en collaboration avec le Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay, le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses de Toulouse et le Département de Physique de l’Université de Sherbrooke au Canada, ont récemment mis en évidence que les supraconducteurs à haute température critique, fortement dopés, présentent, dans leur état normal métallique, un comportement résistif universel, impliquant une limite quantique de dissipation de l’énergie, en lien avec le principe d'incertitude d'Heisenberg entre temps et énergie. Ce phénomène fait écho à ce qui avait déjà été observé dans d’autres familles de métaux présentant la même dépendance en température de la résistance électrique. Cette découverte ravive ainsi l’intérêt pour ce transport électrique particulier et incompris, dont les implications pourraient s’étendre à toute la matière condensée.

 

 

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