CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé


16 décembre 2011

En mesurant  la conductance électrique g, on mesure la probabilité des électrons d’être transmis au travers du système mesuré. C’est la probabilité des électrons  à l’énergie de Fermi  EF que l’on mesure quand la température T→0. C’est la probabilité intégrée sur un intervalle d’énergie de largeur  kB T autours de EF que l’on mesure quand T≠0. Pendant un temps h/(kB T) , les électrons parcourent une distance LT=vF h/(kB T) s’ils se déplacent balistiquement à la vitesse de Fermi vF. LT définit la longueur thermique. 

Considérons une chaine (Fig. 1) incluant deux diffuseurs séparés d’une distance L. Quand on varie  L , la transmission de cet interféromètre à  EF (et donc sa conductance  quand T→0) présente des oscillations  de Fabry-Pérot de période égale à la moitié de la longueur d’onde de Fermi λF. Quand T≠0,  l’intégrale de la transmission sur un intervalle d’énergie ~kBT autour de EF fait que ces oscillations disparaissent  quand  L excède LT. C’est la situation qui est habituelle en physique mésoscopique. 

19 avril 2011

La mesure de l’activité électrique cardiaque permet de suivre le fonctionnement dynamique du cœur. Habituellement mesuré à l’aide d’électrodes, lors d’un examen d’électrocardiographie (ECG), cette activité peut également être étudiée grâce à la composante magnétique induite par la circulation des courants cardiaques. On parle alors de "magnétocardiographie" (MCG). L'ultra-sensibilité des nouveaux capteurs magnétiques réalisés à l'IRAMIS/SPEC vont contribuer à faire émerger cette technique, qui présente l’avantage d’être sans contact, ne nécessitant pas la pose d’électrodes, et de permettre par une cartographie du signal, une imagerie dynamique du cycle cardiaque.

12 décembre 2011

L'électromagnétisme classique permet de rendre compte de l'ensemble de l’optique usuelle. Mais il existe des phénomènes lumineux qui ne peuvent être compris que dans le cadre de la mécanique quantique, tels que le paquet d’onde à un photon unique, ou encore l'émission de paires de photons intriqués...

Cette possibilité "d’intriquer" deux objets arbitrairement distants est une des conséquences les plus spectaculaires de la physique quantique : l’état des deux objets doit alors impérativement être décrit de façon globale,  et les corrélations qui existent entre eux imposent de les traiter comme un système unique.  Ainsi l’obtention et la caractérisation d’états dits "non classiques" du rayonnement est une part majeure de l’optique quantique, qui a notamment permis l'observation de la violation des inégalités de Bell par le groupe d’Alain Aspect, confirmant l’intrication des deux photons détectés.

Les équipes "nanoélectronique" et "quantronique" de l'IRAMIS/SPEC viennent de montrer qu’une jonction Josephson (jonction supraconducteur/non supra/supraconducteur) couplée à deux résonateurs micro-onde, peut constituer une source particulièrement simple et brillante de rayonnement non classique. Plus précisément, nous avons montrés que les fluctuations relative d’amplitude des deux résonateurs sont supprimées au dessous de la limite classique. Nous montrerons leur intrication dans une expérience à venir.

 
 

29 décembre 2011

Une nouvelle voie de recherche est proposée pour réaliser des processeurs d’information quantique. Cette voie dite hybride combine des bits quantiques de type circuit électrique avec des systèmes quantiques microscopiques comme des ensembles de spins, afin de bénéficier des avantages respectifs de chacun. Le groupe quantronique vient de faire la démonstration d'un transfert d’information quantique entre un bit quantique supraconducteur et une mémoire quantique  faite d'un ensemble de spins, portés par des centres colorés dans le diamant.


Le calcul quantique a connu un regain d’intérêt dans les années 1990 lors de la découverte d’algorithmes quantiques capables d'effectuer très efficacement certaines tâches, comme par exemple le décryptage du code cryptographique utilisé pour la protection des transactions bancaires en ligne. Depuis, de nombreuses équipes cherchent des dispositifs capables de mettre en oeuvre ces algorithmes quantiques. Deux classes de systèmes bien distincts sont à l’étude depuis de nombreuses années :

  • les objets microscopiques, naturellement quantiques, tels que les atomes ou les spins de particules, qui ont l'avantage de présenter des temps de cohérence longs, mais qui restent difficiles à manipuler
     
  • les "qubits" macroscopiques, comme les circuits électriques supraconducteurs, bien plus commodes à manipuler, mais dans lesquels l’information quantique n’est conservée qu’un temps limité.
12 décembre 2011

L'électromagnétisme classique permet de rendre compte de l'ensemble de l’optique usuelle. Mais il existe des phénomènes lumineux qui ne peuvent être compris que dans le cadre de la mécanique quantique, tels que le paquet d’onde à un photon unique, ou encore l'émission de paires de photons intriqués...

Cette possibilité "d’intriquer" deux objets arbitrairement distants est une des conséquences les plus spectaculaires de la physique quantique : l’état des deux objets doit alors impérativement être décrit de façon globale,  et les corrélations qui existent entre eux imposent de les traiter comme un système unique.  Ainsi l’obtention et la caractérisation d’états dits "non classiques" du rayonnement est une part majeure de l’optique quantique, qui a notamment permis l'observation de la violation des inégalités de Bell par le groupe d’Alain Aspect, confirmant l’intrication des deux photons détectés.

Les équipes "nanoélectronique" et "quantronique" de l'IRAMIS/SPEC viennent de montrer qu’une jonction Josephson (jonction supraconducteur/non supra/supraconducteur) couplée à deux résonateurs micro-onde, peut constituer une source particulièrement simple et brillante de rayonnement non classique. Plus précisément, nous avons montrés que les fluctuations relative d’amplitude des deux résonateurs sont supprimées au dessous de la limite classique. Nous montrerons leur intrication dans une expérience à venir.

 
 

23 novembre 2011
K. Katsuyoshi, D. L'Hôte, S. Nakamae, M. Konczykowski, V. Mosser
Le théorème de fluctuation-dissipation, reliant l'intensité des fluctuations d'une observable à la réponse à une sollicitation, est un principe vérifié pour tous les systèmes à l'équilibre thermodynamique. Une collaboration de chercheurs de l'IRAMIS/SPEC et LSI a étudié un système ferrofluide, formé d'un ensemble de nanoparticules magnétiques en suspension dans un liquide, et montré qu'il ne satisfait plus ce théorème de fluctuation-dissipation à très basse température dans sa phase gelée, en dessous de sa température de transition (Tg = 67K) entre un état superparamagnétique (à l'équilibre) et un état de verre de superspins (à dynamique lente). Cette première démonstration de la violation du théorème de fluctuation-dissipation sur ce système original enrichit le domaine très actif de la physique statistique des systèmes hors d’équilibre.

 

Le théorème fluctuation-dissipation (TFD) est un des résultats les plus fondamentaux de la physique statistique. Il relie l'intensité des fluctuations thermiques d’un système en équilibre à sa réponse à une force extérieure. Il traduit le fait que l’énergie apportée par cette force sera dissipée en chaleur en raison du caractère erratique et fluctuant des interactions avec les composants microscopiques du système. Sa version la plus célèbre est l’équation d’Einstein qui relie le coefficient de diffusion D d’une particule Brownienne dans un fluide (D "mesure" les fluctuations thermiques) à la viscosité η du fluide (η est la "réponse" du fluide à une force s’exerçant sur un objet en mouvement).

D=kBT/6πηr

Dans sa forme générale, ce théorème relie le spectre Sx(w) des fluctuations δx d’une observable x, à la partie dissipative de la susceptibilité χ”(w) qui traduit la réponse au champ conjugué à cette observable.

Sx(ω) = < [δ x  )]2> = (2 kBT/ω)χ,’’(ω)

ω/2π est la fréquence et T la température.

Le TFD s'applique aux systèmes à l’équilibre. Durant les trois dernières décades, son extension au cas hors d’équilibre a fait l’objet de nombreuses recherches expérimentales et théoriques [1]. Selon certains modèles, le TFD peut être conservé dans le cas hors d’équilibre à condition de remplacer la température T par une température effective Teff supérieure, le rapport (Teff / T) donnant une mesure de l’écart à l’équilibre du système. Pour tester cette prédiction, les verres sont des systèmes physiques idéaux car ils sont par nature hors d’équilibre et à dynamique lente. Parmi ces systèmes, un verre de spin est un ensemble de moments magnétiques désordonnés interagissant entre eux. Pour baisser l’énergie d’un spin donné, il ne suffit pas de le réorienter, mais il faut aussi réorienter ses voisins, puis les voisins des voisins, etc… Il faut donc un temps très long pour atteindre l’équilibre.

L’étude de la violation du TFD a concerné divers système vitreux jusqu’à ce jour, mais peu de résultats expérimentaux existent du fait de la difficulté à mesurer les faibles signaux de "bruit" à l'origine des fluctuations d’une observable. L’équipe MFD ('Magnétisme, Frustration et Désordre') de l'IRAMIS/SPEC dans le cadre d’une collaboration avec une équipe du LSI, a ainsi testé le théorème fluctuation-dissipation sur un verre de spin bien particulier : un ensemble de nanoparticules magnétiques (γ-Fe2O3) en suspension dans un liquide (ferrofluide) gelé car refroidi à basse température [2]. Chaque nanoparticule est monodomaine et porte un moment magnétique ~ 104μB très supérieur aux moments magnétiques atomiques, formant ainsi un "verre de superspins". La température est choisie inférieure à la température de transition Tg = 67K où le système passe de l’état superparamagnétique (aimantation fluctuante des grains individuels, à l'équilibre) à l’état verre de superspins. Dans ce système, les interactions dipolaires entre moments magnétiques sont à l’origine des propriétés de verre de spin avec une dynamique lente et des effets de mémoire.

18 juillet 2011

(french version English version)

La corrosion sous contrainte - action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion par l'eau de l'atmosphère environnante - est souvent à l'origine de la propagation des fissures dans les verres. Une étude par réflectivité de neutrons au Laboratoire Léon Brillouin (IRAMIS/LLB) d'échantillons de verre de silice fracturés sous atmosphère d'eau lourde (D2O) montre une forte pénétration de l'eau dans le verre. La concentration sous la surface de rupture est si importante qu'elle suggère la présence d'un fort endommagement autour de la pointe de fissure. Ces observations montrent la nécessité d’élaborer de nouveaux modèles de la corrosion sous contrainte.

 

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