Matériaux quantiques
Comment les technologies quantiques pourraient-elles transformer la société?
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.
PÔLES D’IMPACT
Le programme Matériaux quantiques fait partie des pôles d’impact suivants du CIFAR : Explorer les technologies émergentes. Les programmes de recherche du CIFAR s’articulent autour de cinq pôles d’impact distincts qui traitent de grandes questions d’envergure mondiale et visent à favoriser un environnement propice à l’émergence de percées.
POINTS FORTS DE LA RECHERCHE ET DE L’IMPACT SOCIÉTAL
Éclaircir la « phase sombre » des supraconducteurs
Les membres du CIFAR aident à mieux comprendre la phase pseudogap : une mystérieuse « phase sombre » des supraconducteurs à base de cuprates, la classe la plus prometteuse de supraconducteurs à « haute température » qui pourrait constituer le fondement d’importantes nouvelles technologies. Le membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli Brad Ramshaw (Université Cornell) et le coresponsable Louis Taillefer (Université de Sherbrooke) ont montré que les transitions dans les supraconducteurs à base de cuprates de la phase métallique à la phase pseudogap constituent des transformations de leur surface de Fermi — essentiellement les « empreintes digitales » des propriétés électroniques des matériaux — ce qui indique un changement fondamental dans les matériaux. Subir Sachdev (Université Harvard), membre du CIFAR, a ensuite proposé une théorie pour expliquer ce changement par une nouvelle phase de la matière.
PERCÉES EN SUPRACONDUCTIVITÉ
Liang Fu (Massachusetts Institute of Technology) et Pablo Jarillo-Herrero (Massachusetts Institute of Technology), membres du CIFAR, ont démontré que la supraconductivité est possible dans des quasi-cristaux de graphène tricouche torsadé — des matériaux dépourvus de véritable périodicité, laquelle est normalement considérée comme un élément fondamental de la théorie de la supraconductivité. Il s’agit d’une découverte révolutionnaire qui remettra en question la façon dont les scientifiques comprennent et créent les matériaux supraconducteurs. Parallèlement, les membres Vidya Madhavan (Université de l’Illinois à Urbana-Champaign) et Johnpierre Paglione (Université du Maryland) cultivent des films cristallins inédits du matériau UTe2 et les caractérisent à l’aide d’une technique appelée « microscopie à effet tunnel ». Ce matériau pourrait favoriser ce que l’on appelle la supraconductivité de type triplet, un nouveau domaine fascinant d’exploration du comportement des électrons en interaction et de découverte de nouveaux matériaux qui pourraient servir dans les technologies quantiques.
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
Alannah Hallas
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Coresponsable de programme
Brad Ramshaw
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
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
Adina Luican-Mayer
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
Coresponsable de programme
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
Coresponsable de programme
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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