Figure 1 :(a) Le spin et les degrés de liberté orbitaux de l'électron dans une boîte quantique de nanotubes de carbone sont représentés par les flèches bleues droites et les flèches violettes circulaires, respectivement. Nous pouvons contrôler le nombre d'électrons dans la boîte quantique un par un par l'électrode de grille voisine (non représentée sur la figure). (b) En raison du spin et des degrés de liberté orbitaux, un état SU(4) Kondo est formé à un champ magnétique nul, comme indiqué dans le panneau inférieur. À un champ magnétique élevé, il évolue continuellement vers un effet SU(2) Kondo (panneau supérieur). Crédit :Université d'Osaka
Les transitions de phase incluent des phénomènes courants comme la congélation ou l'ébullition de l'eau. De la même manière, les systèmes quantiques à une température de zéro absolu subissent également des transitions de phase. La pression ou le champ magnétique appliqué à de tels systèmes peut être ajusté de sorte que ces systèmes arrivent à un point de basculement entre deux phases. À ce stade, les fluctuations quantiques, plutôt que des fluctuations de température, conduire ces transitions.
De nombreux phénomènes fascinants aux applications technologiques prometteuses dans des domaines tels que la supraconductivité sont liés aux transitions de phase quantiques, mais le rôle des fluctuations quantiques dans de telles transitions reste incertain. Bien qu'il y ait eu de nombreux progrès dans la compréhension du comportement des particules individuelles telles que les protons, neutrons, et photons, le défi de comprendre les systèmes contenant de nombreuses particules qui interagissent fortement les unes avec les autres n'a pas encore été résolu.
Maintenant, une équipe de recherche internationale dirigée par un groupe de l'université d'Osaka a découvert un lien clair entre les fluctuations quantiques et la charge effective des particules porteuses de courant. Cette découverte aidera les chercheurs à découvrir comment les fluctuations quantiques régissent les systèmes dans lesquels de nombreuses particules interagissent. Un exemple d'un tel système est l'interaction d'électrons à des températures extrêmement basses. Alors que les basses températures font normalement chuter la résistance d'un métal, la résistance augmente à nouveau à des températures extrêmement basses en raison de petites impuretés magnétiques - c'est ce qu'on appelle l'effet Kondo.
Figure 2 :(a) Conductance de la boîte quantique en fonction de la tension de grille. La conductance est normalisée par le quantum de conductance (2e2/h). Les données expérimentales (lignes pleines) et les résultats des calculs du groupe de renormalisation numérique (NRG) (lignes pointillées) sont quantitativement cohérents les uns avec les autres. (b) Les cercles pleins montrent la charge effective e*/e en fonction du rapport de Wilson qui quantifie la force des fluctuations. La charge effective e*/e est dérivée du bruit de courant et le rapport de Wilson représente les fluctuations quantiques. Trois symboles carrés représentent la prédiction théorique pour SU(4), SU(2), et des particules sans interaction. La ligne pointillée est la prédiction théorique étendue, qui relie bien le croisement de symétrie des états fondamentaux liquides quantiques. Crédit :Université d'Osaka
"Nous avons utilisé un champ magnétique pour régler l'état de Kondo dans un nanotube de carbone, s'assurer que les fluctuations quantiques étaient la seule variable du système, ", explique le co-auteur de l'étude, Kensuke Kobayashi. "En surveillant directement la conductance et le bruit de grenaille du nanotube de carbone, nous avons pu démontrer un croisement continu entre les états de Kondo avec différentes symétries."
En utilisant cette nouvelle approche, les chercheurs ont découvert un lien entre les fluctuations quantiques et la charge effective des particules porteuses de courant, e*. La découverte signifie que les mesures de e* peuvent être utilisées pour quantifier les fluctuations quantiques.
"C'est très excitant, car il ouvre la voie à de futures recherches sur le rôle exact des fluctuations quantiques dans les transitions de phase quantiques, " explique le professeur Kobayashi. Comprendre les transitions de phase quantiques a le potentiel de permettre de nombreuses applications intéressantes dans des domaines tels que la supraconductivité, Isolateurs Mott, et l'effet Hall quantique fractionnaire.
