Le magnétisme résout un grand défi quantique
Des chercheurs ont trouvé un moyen de préserver les propriétés quantiques dans des matériaux 3D grâce au confinement magnétique. En stabilisant les excitons—quasiparticules porteuses d’énergie—via les propriétés magnétiques du bromure de sulfure de chrome, ils relèvent un défi majeur de la technologie quantique.
Les effets quantiques ne fonctionnent généralement qu’à petite échelle, rendant leur application difficile dans des systèmes réels comme les ordinateurs quantiques. Cependant, des physiciens de Penn State et de l’université Columbia ont développé une méthode pour préserver ces effets dans des matériaux 3D, offrant ainsi une solution potentielle.
« Maintenir les propriétés des matériaux 2D au-delà de leur limite est un défi de taille », explique Yinming Shao, professeur assistant à Penn State. Ces matériaux ont un fort potentiel pour l’électronique flexible, le stockage d’énergie et les technologies quantiques.
L’équipe s’est concentrée sur les excitons, qui transportent de l’énergie sans charge électrique. Bien que stables dans les matériaux 2D comme le graphène, ils sont instables dans les matériaux massifs comme le silicium. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé le bromure de sulfure de chrome (CrSBr), qui adopte un état antiferromagnétique à basse température. Ce confinement magnétique maintient les excitons en place, préservant ainsi leurs propriétés quantiques dans les matériaux massifs.
« Cette approche crée une monocouche atomique sans exfoliation tout en préservant une interface nette », explique Shao.
Validation expérimentale du confinement magnétique
Grâce à la spectroscopie optique, à la modélisation et aux calculs, l’équipe a confirmé que le confinement magnétique fonctionnait de manière cohérente à travers différentes couches du matériau. Leurs résultats ont été corroborés par un groupe de recherche en Allemagne, qui a étudié des propriétés similaires dans des semi-conducteurs magnétiques.
« Nos données étaient parfaitement alignées, ce qui est remarquable étant donné que nous avons utilisé des matériaux cristallins différents dans des laboratoires distincts », a expliqué Shao.
Cette avancée exploite le magnétisme, les interactions de Van der Waals et les excitons pour atteindre un confinement quantique, ouvrant de nouvelles perspectives pour les systèmes optiques et les technologies quantiques. « La combinaison de ces aspects de la physique a été la clé de cette découverte », a conclu Shao.
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