Une équipe de chercheurs a mis au point un moyen simple de régler un effet quantique caractéristique du graphène, le matériau formé d'une seule couche d'atomes de carbone, en le baignant dans la lumière. Leurs travaux théoriques, qui a été publié récemment dans Lettres d'examen physique , suggère un moyen de réaliser un nouveau comportement quantique qui était auparavant prédit mais qui est jusqu'à présent resté inaccessible dans les expériences.

"Notre idée est d'utiliser la lumière pour concevoir ces matériaux en place, " dit Tobias Grass, chercheur postdoctoral au Joint Quantum Institute (JQI) et co-auteur de l'article. "Le gros avantage de la lumière est sa flexibilité. C'est comme avoir un bouton qui peut changer la physique de votre échantillon."

La proposition suggère une méthode pour modifier un effet physique qui se produit dans des matériaux plats maintenus à très basse température et soumis à des aimants extrêmement puissants, au moins mille fois plus puissants qu'un aimant de réfrigérateur. Dans ces circonstances, les électrons qui se déplacent sur un paysage bidimensionnel commencent à se comporter de manière inhabituelle. Au lieu de s'écouler continuellement à travers le matériau, ils sont enfermés dans des orbites circulaires étroites de tailles et d'énergies particulières, s'écartant à peine de leurs taches. Seul un certain nombre d'électrons peut occuper chaque orbite. Lorsque les orbites sont partiellement remplies, ce qui donne aux électrons un peu d'espace pour respirer, cela active de nouveaux types d'interactions entre les particules chargées et conduit à une danse quantique complexe.

Les électrons réalisent cette chorégraphie, connue sous le nom d'effet Hall quantique fractionnaire, dans le graphène. De façon intéressante, régler les interactions entre les électrons peut les amadouer dans différents modèles de danse quantique Hall, mais cela nécessite un aimant plus puissant ou un échantillon entièrement différent, parfois avec deux couches de graphène empilées.

Le nouveau travail, qui est une collaboration entre des chercheurs de JQI et du City College de New York, propose d'utiliser la lumière laser pour contourner certains de ces défis expérimentaux et même créer de nouvelles danses quantiques. La lumière peut pousser les électrons à sauter entre des orbites d'énergies différentes. Par conséquent, les interactions entre les électrons changent et conduisent à un modèle de danse différent, y compris certains qui n'ont jamais été vus auparavant dans les expériences. L'intensité et la fréquence de la lumière modifient le nombre d'électrons sur des orbites spécifiques, fournissant un moyen facile de contrôler les performances des électrons. "Une telle interaction lumière-matière donne lieu à certains modèles qui ont déjà été étudiés théoriquement, " dit Mohammad Hafezi, un Fellow JQI et un auteur de l'article. "Mais aucun schéma expérimental n'a été proposé pour les mettre en œuvre."

Débloquer ces danses théoriques peut révéler un nouveau comportement quantique. Certains peuvent même engendrer des particules quantiques exotiques qui pourraient collaborer pour rester protégées du bruit – une idée alléchante qui pourrait être utile dans la quête pour construire des ordinateurs quantiques robustes.