Le 8 janvier 2025, des chercheurs de l'Université de Brown ont dévoilé une découverte révolutionnaire en physique quantique : les excitons fractionnaires, une nouvelle classe de particules quantiques qui défient les catégorisations existantes. Cette découverte, détaillée dans le journal Nature, pourrait ouvrir la voie à des avancées dans la technologie et l'informatique quantiques.
Les excitons fractionnaires se forment lorsqu'un électron se couple à un 'trou'—l'absence d'un électron—dans des conditions extrêmes, spécifiquement dans le cadre de l'effet Hall quantique fractionnaire. Ce phénomène se produit à des températures ultra-basses et sous des champs magnétiques intenses, entraînant des comportements uniques qui ne correspondent pas aux classifications traditionnelles des bosons ou des fermions.
Jia Li, professeur associé de physique à Brown, a expliqué : "Ces excitons présentent des propriétés qui suggèrent qu'ils existent dans un domaine distinct des particules connues, laissant entrevoir de nouvelles phases quantiques de la matière." Les chercheurs ont utilisé une configuration sophistiquée impliquant deux couches de graphène séparées par une couche isolante de nitrure de bore hexagonal pour contrôler le mouvement des charges électriques et générer ces excitons fractionnaires.
La signification de cette découverte réside dans ses applications potentielles. Les caractéristiques uniques des excitons fractionnaires pourraient révolutionner la manière dont l'information est stockée et manipulée au niveau quantique, conduisant au développement d'ordinateurs quantiques plus rapides et plus fiables. Comme l'a noté Li, "Nous ne faisons qu'effleurer la surface de ce que ces particules peuvent révéler sur la mécanique quantique."
L'équipe prévoit d'explorer davantage les interactions des excitons fractionnaires et d'étudier leur contrôlabilité, visant à approfondir notre compréhension des phénomènes quantiques et de leurs applications pratiques. Ce travail enrichit non seulement le cadre théorique de la physique des particules, mais ouvre également de nouvelles voies pour l'innovation technologique dans le domaine de l'informatique quantique.