Matériaux quantiques
Le programme Matériaux quantiques cherche à favoriser l’avènement de l’ère quantique par l’intégration de la théorie, de la synthèse des matériaux et des activités expérimentales afin d’explorer et de repousser les frontières de la physique quantique. Le programme s’articule autour de quatre grands axes : liquides de spin quantique, matériaux topologiques, phase pseudogap des supraconducteurs à base de cuprates et métaux étranges. L’équipe met au point de nouveaux outils, de nouveaux modèles et de nouveaux matériaux pour comprendre les rouages de la matière quantique.
POINTS FORTS DE LA RECHERCHE ET DE L’IMPACT SOCIÉTAL
Sonder les matériaux quantiques avec l'effet Hall thermique
L’effet Hall thermique — ou l’apparition d’un gradient de température dans un matériau lors de l’application d’un champ magnétique — s’est révélé être une nouvelle sonde potentiellement puissante pour les matériaux quantiques. Un projet collaboratif financé par le CIFAR et dirigé par le coresponsable du programme Louis Taillefer (Université de Sherbrooke), basé au Québec, avec quatre membres du programme apportant leur expertise expérimentale et théorique, vise à élucider les mécanismes fondamentaux qui peuvent donner lieu à un effet Hall thermique dans les matériaux.
Déterminer une nouvelle limite quantique pour les électrons dans les métaux « étranges »
Alors que les physiciens comprennent comment la plupart des métaux résistent au passage d’un courant électrique, il existe des métaux « étranges » dans lesquels la résistance électrique diffère d’une façon telle que les théories microscopiques existantes ne l’expliquent pas. Brad Ramshaw (Université Cornell), membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli, et Louis Taillefer (Université de Sherbrooke), coresponsable du programme, ont mesuré le temps entre deux collisions d’électrons dans un métal étrange (la résistance) et ont fait une découverte étonnante : le temps mesuré entre les collisions d’électrons varie avec la température. Cette dépendance est déterminée par la constante de Planck — une unité fondamentale du monde quantique. Cette découverte passionnante révèle une nouvelle limite fondamentale du comportement des électrons et pourrait même révéler une vérité fondamentale et universelle sur l’Univers et le comportement des particules.
Jeter les bases de nouvelles technologies quantiques
Inspirés par les discussions et les interactions lors des réunions du programme Matériaux quantiques, et bénéficiant du soutien de fonds Catalyseur, les membres Andrea Damascelli (Université de la Colombie-Britannique), Pablo Jarillo-Herrero (Institut de technologie du Massachusetts) et Joshua Folk (Université de la Colombie-Britannique) ont mis au point une infrastructure spectroscopique de photoémission à résolution angulaire (ARPES) au laboratoire des matériaux quantiques de l’Université de la Colombie-Britannique. ARPES est la sonde par excellence des matériaux quantiques en raison de sa capacité à visualiser directement la structure de bande électronique et à permettre un effort de recherche collaboratif pour étudier les propriétés des appareils quantiques 2D empilés. Cet appareil est essentiel, car les appareils micrométriques se sont avérés difficiles à utiliser et seule une poignée d’installations internationales de synchrotron basées sur les utilisateurs disposent de cette capacité.
Concevoir un nouveau catalyseur efficace
À la recherche de catalyseurs à haut rendement et à faible coût à base d’éléments abondants sur Terre, les membres Liang Fu (Institut de technologie du Massachusetts) et Claudia Felser (Institut Max-Planck sur la chimie physique des solides) ont examiné les propriétés chimiques d’un métal moiré relativement à la réaction d’évolution de l’hydrogène — la production d’hydrogène par la séparation de l’eau. Les scientifiques ont montré que le déplacement local d’atomes métalliques introduit une variation de la force de liaison de l’hydrogène de surface et conduit à une énergie libre de Gibbs dépendante de l’espace pour l’absorption d’hydrogène. Selon leurs prévisions, le catalyseur ainsi conçu peut dépasser l’efficacité du platine qui détient actuellement le record en la matière.
ARTICLES NOTABLES
Ohtomo, A., et H.Y. Hwang, H.Y. « A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface », Nature 427 (2004) : 423-426. RÉSUMÉ
Doiron-Leyraud, N. et coll. « Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor », Nature 447 (200&) : 565-568. RÉSUMÉ
Dalidovich, D. et coll. « Spin structure factor of the frustrated quantum magnet Cs2CuCl4 », Physical Review B 73, 18 (2006). RÉSUMÉ
LeBoeuf, D. et coll. « Electron pockets in the Fermi surface of hole-doped high-Tc superconductors », Nature 450 (2007). RÉSUMÉ
Daou, R. et coll. « Broken rotational symmetry in the pseudogap phase of a high-Tc superconductor », Nature 463 (2010) : 519-522. RÉSUMÉ
Comin, R. et coll. « Charge Order Driven by Fermi-Arc Instability in Bi2Sr2−xLaxCuO6+δ », Science343, 6169 (2014): 390-392. RÉSUMÉ
Voie menant à l’impact sociétal
Nous invitons les experts au sein de l’industrie, de la société civile, des soins de santé et du gouvernement à se joindre aux boursiers de notre programme Matériaux quantiques pour participer à de profondes discussions intersectorielles qui favorisent le changement et l’innovation.
Les bailleurs de fonds gouvernementaux et les décideurs, les dirigeants de grandes installations d’infrastructure de recherche et le milieu universitaire, ainsi que l’industrie et les boursiers du CIFAR au sein du programme Matériaux quantiques formulent une stratégie nationale qui réinvente l’infrastructure de recherche sur les matériaux quantiques.
Axes prioritaires :
- Mettre sur pied un cadre pancanadien sous la direction du milieu universitaire pour assurer l’intendance de l’infrastructure des faisceaux de neutrons au Canada
Fondation
1987
Dates de renouvellement
1992, 1997, 2002, 2007, 2012, 2019
Collaborations interdisciplinaires
Physique quantique et de la matière condensée
Physique atomique, chimique et computationnelle
Génie des nanomatériaux et des matériaux
Contact
Membres et spécialistes-conseils
Coresponsables de programme
Louis Taillefer
Coresponsable de programme
Leon Balents
Coresponsable de programme
Membres
James Analytis
Membre
N. Peter Armitage
Membre
Andrea Damascelli
Membre
Claudia Felser
Membre
Joshua Folk
Membre
Marcel Franz
Membre
Liang Fu
Membre
Bruce D. Gaulin
Membre
Pablo Jarillo-Herrero
Membre
Hae-Young Kee
Membre
Vidya Madhavan
Membre
Matériaux quantiques
Satoru Nakatsuji
Membre
Japon
Johnpierre Paglione
Membre
Subir Sachdev
Membre
Spécialistes-conseils
Allan Macdonald
Spécialiste-conseil
Nigel Hussey
Responsable de comité consultatif
University of Bristol
Royaume-Uni
André-Marie Tremblay
Spécialiste-conseil
Roser Valenti
Spécialiste-conseil
Amir Yacoby
Spécialiste-conseil
Membres du programme de chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli
Zakaria Al Balushi
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Kwabena Bediako
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Judy Cha
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2017-2019
Alex Frañó
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Alannah Hallas
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Qiong Ma
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Collège de Boston
Brad Ramshaw
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Kate A. Ross
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018
Luyi Yang
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018
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