Des expériences basées sur des atomes dans un cristal artificiel secoué fait de lumière offrent un nouvel aperçu de la physique des systèmes quantiques à plusieurs corps, qui pourraient aider au développement de futures technologies de stockage de données.

La vitesse d'écriture et de lecture des informations magnétiques des dispositifs de stockage est limitée par le temps qu'il faut pour manipuler le support de données. Pour accélérer ces processus, les chercheurs ont récemment commencé à explorer l'utilisation d'impulsions laser ultracourtes qui peuvent commuter les domaines magnétiques dans les matériaux à l'état solide. Cette voie s'est avérée prometteuse, mais les mécanismes physiques sous-jacents restent mal compris. Ceci est en grande partie dû à la complexité des matériaux magnétiques impliqués, dans lequel un grand nombre d'entités magnétiques interagissent les unes avec les autres. De tels systèmes dits quantiques à N corps sont notoirement difficiles à étudier.

Frederik Görg et ses collègues du groupe du professeur Tilman Esslinger du Département de physique de l'ETH Zurich (Suisse) ont maintenant utilisé une approche alternative pour obtenir un nouvel aperçu de la physique en jeu dans ces systèmes, comme ils le rapportent dans une publication qui est publiée aujourd'hui dans la revue La nature .

Görg et ses collègues ont simulé des matériaux magnétiques en utilisant des atomes électriquement neutres (mais magnétiques) qu'ils ont piégés dans un cristal artificiel fait de lumière. Même si ce système est très différent des matériaux de stockage qu'ils émulent, les deux sont régis par des principes physiques de base similaires. Contrairement à un environnement à l'état solide, cependant, de nombreux effets indésirables résultant par exemple d'impuretés dans le matériau sont absents et tous les paramètres clés du système peuvent être réglés avec précision. Exploitant cette réduction de complexité et de degré de contrôle, l'équipe a pu surveiller les processus microscopiques dans leur système quantique à plusieurs corps et identifier des moyens d'améliorer et de manipuler l'ordre magnétique dans leur système.

Plus important encore, les physiciens de l'ETH ont démontré qu'en secouant le cristal dans lequel résident les atomes, ils pourraient basculer entre deux formes d'ordre magnétique, connu sous le nom d'ordre anti-ferromagnétique et ferromagnétique, un processus important pour le stockage de données. La compréhension fondamentale acquise à partir de ces expériences devrait donc aider à identifier et à comprendre les matériaux qui pourraient servir de base à la prochaine génération de supports de stockage de données.