La physique quantique révèle souvent des phénomènes qui défient le bon sens. Une nouvelle théorie des cicatrices quantiques approfondit notre compréhension du lien entre le monde quantique et la mécanique classique, met en lumière les résultats antérieurs et marque un pas vers des applications technologiques futures.
La mécanique quantique décrit le comportement de la matière et de l'énergie à des échelles microscopiques, où le caractère aléatoire semble prévaloir. Pourtant, même dans des systèmes apparemment chaotiques, l'ordre caché peut se situer sous la surface. Les cicatrices quantiques en sont un exemple: ce sont des régions où les électrons préfèrent voyager le long des voies spécifiques au lieu de se propager uniformément.
Des chercheurs de l'Université de Tampere et de l'Université Harvard ont précédemment démontré dans leur article publié dans des « cicatrices quantiques » que les cicatrices quantiques peuvent former des modèles forts et distinctifs dans les nanostructures, et que leurs formes peuvent même être contrôlées. Désormais, le groupe de recherche sur le contrôle quantique et la dynamique de l'unité de physique de l'Université Tampere va plus loin. Dans leur nouvel article, les chercheurs rapportent que les cicatrices quantiques améliorent considérablement le transport d'électrons dans les points quantiques ouverts connectés aux électrodes. L'œuvre est publiée dans la revue Revue physique B.
« Nous avons montré que les imperfections peuvent être transformées en fonctionnalités. Les états marqués peuvent, en fait, améliorer le flux d'électrons », explique le chercheur doctoral Fartash Chalangari, auteur principal de l'article.
L'amélioration du débit d'électrons permet la conduction électrique dans les composants à l'échelle nanométrique – les structures mesurées en milliardièmes d'un mètre. De cette façon, une cicatrice quantique peut agir comme un interrupteur à l'échelle nanométrique, semblable à un nouveau type de transistor. Cette percée ouvre la porte aux composants en développement pour les petites puces économes en énergie du futur.
Ces résultats ouvrent la voie à un nouveau terrain baptisé «Scartronics», où les cicatrices quantiques guident la conductivité des appareils à l'échelle nanométrique. Des preuves expérimentales de ce phénomène ont déjà été observées dans les systèmes de graphène, comme indiqué dans une étude impliquant la chercheuse postdoctorale de l'Université de Harvard, Joonas Keski-Rahkonen, qui a également contribué à la collaboration actuelle.
« Les cicatrices quantiques sont un exemple surprenant et frappant d'ordre émergeant du chaos. Nous travaillons maintenant à traduire ces découvertes en applications pratiques. En plus de faire progresser le développement de micropuces efficaces, nos résultats peuvent également contribuer à la conception de nouveaux types de qubits pour l'informatique quantum. Université de Tampere.
