Le 14 janvier 2025, des physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont réalisé une découverte révolutionnaire en mesurant la géométrie quantique des électrons dans des solides.
Bien que les chercheurs aient longtemps pu évaluer les énergies et les vitesses des électrons dans des matériaux cristallins, les aspects géométriques de ces systèmes quantiques étaient jusqu'à présent théoriques ou même impossibles à mesurer. Ce nouveau travail, publié dans Nature Physics, est prêt à améliorer notre compréhension et notre manipulation des propriétés quantiques des matériaux, selon Riccardo Comin, professeur associé au MIT et leader de l'étude.
Comin a déclaré : "Nous avons développé un plan pour obtenir des informations complètement nouvelles qui n'étaient pas accessibles auparavant." Les implications de cette recherche vont au-delà des matériaux spécifiques étudiés, comme l'a noté Mingu Kang, l'auteur principal et désormais boursier postdoctoral à l'Université Cornell.
En physique quantique, les électrons peuvent être représentés comme des points dans l'espace ou sous forme d'ondes. Le cœur de cette recherche repose sur la fonction d'onde, qui peut être visualisée comme une surface dans un espace tridimensionnel. L'étude distingue entre les fonctions d'onde simples, semblables à une sphère, et les fonctions complexes, rappelant une bande de Möbius.
La capacité de mesurer la géométrie quantique des fonctions d'onde devient de plus en plus cruciale à mesure que de nouveaux matériaux quantiques sont découverts, offrant des applications potentielles dans l'informatique quantique et les dispositifs électroniques avancés. L'équipe du MIT a utilisé la spectroscopie de photoémission angulaire résolue (ARPES) pour relever ce défi, s'appuyant sur leurs travaux précédents qui ont révélé les propriétés uniques d'un matériau quantique connu sous le nom de métal kagome.
Kang a souligné que cette nouvelle capacité résulte d'une collaboration étroite entre théoriciens et expérimentateurs, marquant une avancée significative dans la recherche quantique.