Chercheurs de l'Université Columbia et de l'Université de Californie, San Diego, ont introduit une nouvelle approche « multi-messagers » de la physique quantique qui signifie un saut technologique dans la façon dont les scientifiques peuvent explorer les matériaux quantiques.

Les résultats apparaissent dans un article récent publié dans Matériaux naturels , dirigé par A. S. McLeod, chercheur postdoctoral, Initiative Nano de Colombie, avec les co-auteurs Dmitri Basov et A. J. Millis chez Columbia et R.A. Averitt à l'UC San Diego.

"Nous avons ramené une technique de l'échelle intergalactique au royaume de l'ultra-petit, " dit Basov, Higgins professeur de physique et directeur de l'Energy Frontier Research Center à Columbia. Équipés d'outils nanoscientifiques multimodaux, nous pouvons désormais aller régulièrement dans des endroits que personne ne pensait possible il y a à peine cinq ans. »

L'ouvrage s'inspire de l'astrophysique « multi-messagers », qui a émergé au cours de la dernière décennie comme une technique révolutionnaire pour l'étude de phénomènes distants comme les fusions de trous noirs. Mesures simultanées à partir d'instruments, y compris infrarouge, optique, Les télescopes à rayons X et à ondes gravitationnelles peuvent, pris ensemble, fournir une image physique supérieure à la somme de leurs parties individuelles.

La recherche est en cours pour de nouveaux matériaux qui peuvent compléter la dépendance actuelle aux semi-conducteurs électroniques. Le contrôle des propriétés des matériaux à l'aide de la lumière peut offrir une fonctionnalité améliorée, la vitesse, flexibilité et efficacité énergétique pour les plates-formes informatiques de nouvelle génération.

Les articles expérimentaux sur les matériaux quantiques ont généralement rapporté des résultats obtenus en utilisant un seul type de spectroscopie. Les chercheurs ont montré le pouvoir d'utiliser une combinaison de techniques de mesure pour examiner simultanément les propriétés électriques et optiques.

Les chercheurs ont réalisé leur expérience en concentrant la lumière laser sur la pointe acérée d'une sonde à aiguille recouverte d'un matériau magnétique. Lorsque des films minces d'oxyde métallique sont soumis à une contrainte unique, des impulsions lumineuses ultra-rapides peuvent déclencher le passage du matériau dans une phase inexplorée de domaines à l'échelle nanométrique, et le changement est réversible.

En balayant la sonde sur la surface de leur échantillon de film mince, les chercheurs ont pu déclencher le changement localement et simultanément manipuler et enregistrer l'électricité, propriétés magnétiques et optiques de ces domaines déclenchés par la lumière avec une précision à l'échelle nanométrique.

L'étude révèle comment des propriétés imprévues peuvent émerger dans des matériaux quantiques longuement étudiés à des échelles ultra-petites lorsque les scientifiques les ajustent par contrainte.

« Il est relativement courant d'étudier ces matériaux nanophasiques avec des sondes à balayage. Mais c'est la première fois qu'une nano-sonde optique est associée à une nano-imagerie magnétique simultanée, et le tout aux très basses températures où les matériaux quantiques montrent leurs mérites, " dit McLeod. " Maintenant, l'étude des matériaux quantiques par la nanoscience multimodale offre un moyen de boucler la boucle sur les programmes pour les concevoir. »