Comment les données peuvent-elles être traitées à la vitesse de la foudre ou à l'électricité conduite sans perte? Pour y parvenir, les scientifiques et l'industrie se tournent vers des matériaux quantiques, régis par les lois de l'infinitésimal. La conception de ces matériaux nécessite une compréhension détaillée des phénomènes atomiques, dont une grande partie reste inexplorée.
Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'Université de Salerne et le CNR-Spin Institute (Italie), a fait un pas en avant majeur en découvrant une géométrie cachée – jusqu'à ce que Gravity pure la voie de la lumière. L'œuvre, publiée dans Scienceouvre de nouvelles voies pour l'électronique quantique.
Les technologies futures dépendent de matériaux haute performance avec des propriétés sans précédent, enracinées dans la physique quantique. Au cœur de cette révolution se trouve l'étude de la matière à l'échelle microscopique – l'essence même de la physique quantique. Au cours du siècle dernier, l'exploration des atomes, des électrons et des photons dans les matériaux a donné naissance à des transistors et, finalement, à l'informatique moderne.
De nouveaux phénomènes quantiques qui défient les modèles établis sont encore découverts aujourd'hui. Des études récentes suggèrent l'émergence possible d'une géométrie dans certains matériaux lorsque de nombreux nombres de particules sont observés. Cette géométrie semble déformer les trajectoires des électrons dans ces matériaux – comme la gravité d'Einstein plie le chemin de la lumière.
De la théorie à l'observation
Connu sous le nom de métrique quantique, cette géométrie reflète la courbure de l'espace quantique dans lequel les électrons se déplacent. Il joue un rôle crucial dans de nombreux phénomènes à l'échelle microscopique de la matière. Pourtant, détecter sa présence et ses effets reste un défi majeur.
« Le concept de métrique quantique remonte à environ 20 ans, mais pendant longtemps, il a été considéré comme une construction théorique. Ce n'est que ces dernières années que les scientifiques ont commencé à explorer ses effets tangibles sur les propriétés de la matière », explique Andrea Caviglia, professeur complet et directeur du département de physique de la matière quantum à la Faculté des sciences de l'Unige.
Grâce aux travaux récents, l'équipe dirigée par le chercheur Unige, en collaboration avec Carmine Ortix, professeur agrégé au Département de physique de l'Université de Salerne, a détecté une métrique quantique à l'interface entre deux oxydes – le titanate de strontium et l'aluminé de lanthane – un matériau quantum bien connu.
« Sa présence peut être révélée en observant comment les trajectoires d'électrons sont déformées sous l'influence combinée des champs magnétiques métriques quantiques et intenses appliqués aux solides », explique Giacomo Sala, associé de recherche au Département de physique quantique à la Faculté des sciences de l'Unige et auteur principal de l'étude.
L'observation de ce phénomène permet de caractériser les propriétés optiques, électroniques et de transport d'un matériau avec une plus grande précision. L'équipe de recherche démontre également que la métrique quantique est une propriété intrinsèque de nombreux matériaux – contraire aux hypothèses précédentes.
« Ces découvertes ouvrent de nouvelles avenues pour explorer et exploiter la géométrie quantique dans un large éventail de matériaux, avec des implications majeures pour les futures électroniques fonctionnant aux fréquences de Terahertz (un billion de Hertz), ainsi que pour la supraconductivité et les interactions légères-coups », conclut Caviglia.
