Dans la première étude du genre, publié par Communication Nature , une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université de Surrey a prouvé l'existence du légendaire effet Fano multi-photons dans une expérience.

L'ionisation est lorsque les électrons absorbent des photons pour gagner suffisamment d'énergie pour échapper à la force électrique du noyau. Einstein a expliqué dans sa théorie de l'effet photoélectrique, lauréate du prix Nobel, qu'il existe un seuil pour l'énergie photonique nécessaire pour provoquer une évasion. Si l'énergie d'un seul photon ne suffit pas, il pourrait y avoir une étape intermédiaire pratique :l'ionisation peut se produire avec deux photons à partir de l'état d'énergie le plus bas.

Cependant, selon le monde contre-intuitif de la théorie quantique, l'existence de cette étape intermédiaire n'est pas nécessaire pour qu'un électron se libère. Tout ce que l'électron a besoin de faire est d'obtenir suffisamment de puissance à partir de plusieurs photons, ce qui peut être obtenu grâce à des états dits virtuels "fantomatiques". Cette absorption multiphotonique ne se produit que dans des conditions extrêmement intenses où il y a suffisamment de photons disponibles.

Lorsqu'il y a un pas à mi-chemin et suffisamment de photons autour, les deux options sont disponibles pour l'ionisation. Cependant, la nature ondulatoire des atomes présente un autre obstacle :l'interférence. La modification de l'énergie des photons peut provoquer l'écrasement des deux ondes différentes, conduisant soit à une amélioration, soit à une annihilation complète de leur effet sur l'événement d'absorption.

Cet effet Fano a été théoriquement prédit il y a près de 50 ans et est resté insaisissable pendant des décennies en raison de la forte intensité nécessaire; La fabrication d'un laser stable produisant un champ électrique suffisamment important pour appliquer cet effet à des atomes isolés n'était pas – et n'est toujours pas – techniquement possible.

L'équipe dirigée par l'Université de Surrey a surmonté cette complication en utilisant des atomes d'impuretés où, en raison de l'influence du matériau semi-conducteur hôte, le champ électrique qui détermine les orbites externes des électrons est considérablement réduit et, par conséquent, beaucoup moins d'intensité laser est nécessaire pour démontrer l'effet Fano. L'équipe a utilisé des puces informatiques ordinaires contenant des atomes de phosphore intégrés dans un cristal de silicium.

L'équipe a ensuite utilisé de puissants faisceaux laser dans l'installation laser à électrons libres (FELIX) de l'Université Radboud, Hollande, pour ioniser les atomes de phosphore. Le résultat de l'ionisation a été estimé par l'absorption d'un faible faisceau de lumière. En balayant l'énergie du photon du rayonnement laser, les auteurs ont observé l'asymétrie différente de la forme de la ligne de Fano.

Dr Konstantin Litvinenko, co-auteur et chercheur à l'Université de Surrey, a déclaré :« Nous pensons avoir franchi une étape très importante vers la mise en œuvre d'applications nouvelles et prometteuses de lecture ultrarapide d'ordinateurs quantiques à base de silicium ; ionisation sélective spécifique aux isotopes ; et une variété de nouvelles spectroscopies de physique atomique et moléculaire. »