À gauche :Image schématique de la molécule fabriquée par l'homme. Les molécules de monoxyde de carbone (noir) forcent les électrons dans certaines positions à créer une molécule artificielle constituée de vrac (vert), atomes de bord (jaune) et de coin (bleu). A droite :Les électrons de la molécule se localisent dans les coins des pics élevés). Crédit :Université d'Utrecht
Un groupe de physiciens à Utrecht, Saint-Sébastien et la Pennsylvanie ont créé une nouvelle molécule artificielle qui est isolante à l'intérieur mais qui possède des états électroniques localisés dans ses coins. Ces états ont une énergie nulle, et pour cette raison, sont résistants aux défauts de la molécule et pourraient être utilisés comme qubits dans les ordinateurs quantiques. Les résultats sont publiés dans Matériaux naturels le 23 septembre.
La professeure Cristiane Morais Smith de l'Université d'Utrecht explique :« Le développement des ordinateurs quantiques présente de grands défis. L'un des principaux problèmes est la décohérence quantique :des informations sont perdues dans l'environnement. Cela rend plus difficile la conception d'électronique sur le quantum. niveau qu'au niveau classique. C'est pourquoi nous avons créé des électrons résistants à la décohérence quantique.
Créer des molécules artificielles
Le physicien théoricien Sander Kempkes dit :"Les molécules normales que l'on peut trouver dans la nature ont souvent des propriétés intéressantes, mais il faut beaucoup de temps pour en trouver un qui possède exactement les propriétés que vous souhaitez. C'est pourquoi nous avons pris la matière en main." Les chercheurs ont créé des molécules artificielles de bas en haut en utilisant uniquement un microscope à effet tunnel, un échantillon de cuivre et un tas de molécules de monoxyde de carbone, qui sont placés à un nanomètre l'un de l'autre.
Les chercheurs ont pu créer des modes de coin très robustes qui sont protégés par les symétries de la molécule. Tout comme vous ne pouvez pas vous débarrasser d'un trou dans un beignet à moins de le couper, ces modes d'angle ne peuvent pas être modifiés sans endommager considérablement le système. En raison de la manière extrêmement précise et contrôlée de créer la molécule à l'échelle nanométrique, les chercheurs ont pu vérifier la résilience aux défauts de ces modes zéro localisés dans les coins de la molécule. Bien que ces modes ne soient pas encore prêts à être utilisés comme bits quantiques, c'est un pas important dans la direction de leur création dans des systèmes artificiels.
Motif Kagome dans un panier tressé. Crédit :Faculté des sciences de l'Université d'Utrecht
Motif japonais
Les chercheurs se sont inspirés du modèle dit kagome, un motif de carrelage qui provient du Japon et se compose de triangles et d'hexagones. Il existe de vrais matériaux qui ont cette forme particulière, mais pas exactement de la manière recherchée par les chercheurs. C'est pourquoi les physiciens théoriciens ont conçu une nouvelle molécule de kagome sur ordinateur, après quoi les physiciens expérimentaux du laboratoire d'Ingmar Swart et de Daniel Vanmaekelbergh ont réalisé expérimentalement la molécule. Précédemment, ils ont utilisé les mêmes techniques pour créer des réseaux électroniques liés aux supermatériaux et aux fractales quantiques.
Moule à muffins
La physicienne expérimentale Marlou Slot dit :"La manipulation d'une molécule de monoxyde de carbone peut être considérée comme le glissement d'une reine sur un échiquier à l'échelle nanométrique, en utilisant une aiguille au lieu de votre doigt."
L'ensemble de la procédure revient à créer un moule à muffins inversé avec la géométrie souhaitée pour les électrons flottant autour. Le "moule à muffins" force les électrons dans une forme particulière, bien que l'analogie avec la pâtisserie ne doive pas être prise trop au pied de la lettre, car l'expérience se déroule à -269 degrés Celsius.
