Matériaux quantiques
Comment créer et cartographier de nouveaux univers quantiques?
Le programme Matériaux quantiques du CIFAR ouvre la voie à une nouvelle ère de découvertes où les matériaux sont créés à la demande et sondés à une profondeur inédite. Les percées réalisées dans la maîtrise des matériaux à l’échelle nanométrique permettent aux scientifiques de concevoir des matériaux atome par atome, couche par couche, voire défaut par défaut. En manipulant la structure, la symétrie et le désordre avec une précision exceptionnelle, le programme cherche à créer de tout nouveaux états quantiques de la matière : des plateformes sur mesure où des phénomènes inattendus peuvent se produire et être étudiés. Ces travaux portent notamment sur les super-réseaux artificiels, les structures moirées, les matériaux chiraux et les architectures massives innovantes, et s’appuient sur une intégration minutieuse de la théorie, de la synthèse et des mesures de pointe.
PÔLES D’IMPACT
Le programme Matériaux quantiques fait partie du pôle d’impact 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
Matériaux torsadés et phases quantiques artificielles
En 2018, Pablo Jarillo-Herrero, membre du CIFAR, a découvert la supraconductivité et des états isolants corrélés dans un graphène bicouche torsadé à angle magique, créant ainsi le domaine de la
« twistronique ». Ces découvertes reposent sur des idées théoriques d’Allan Macdonald, spécialiste-conseil du programme, et le programme Matériaux quantiques étend désormais ces concepts à d’autres matériaux en couches. Marcel Franz a proposé de tordre des cuprates afin de créer de nouvelles phases électroniques et topologiques, tandis que Josh Folk a exploré comment la supraconductivité et les phases magnétiques se manifestent dans les systèmes à base de graphène torsadé quand ceux-ci sont empilés sur des dichalcogénures de métaux de transition.
Exploiter le désordre pour découvrir de nouveaux états quantiques
Alors que le désordre est souvent jugé néfaste, le programme Matériaux quantiques en fait un axe de découverte. La coresponsable du programme Alannah Hallas et le membre Johnpierre Paglione conçoivent des matériaux à haute entropie pour maîtriser le désordre à l’échelle atomique, tandis que le membre Andrea Damascelli et le coresponsable Brad Ramshaw examinent comment ce désordre façonne le comportement électronique et supraconducteur. Le spécialiste-conseil Nigel Hussey montre que le désordre peut déstabiliser des phases concurrentes ou même stabiliser de nouveaux états de la matière. Ensemble, ces initiatives mettent en évidence comment l’« imperfection » peut devenir un puissant levier d’exploration dans le domaine des matériaux quantiques.
Faire le pont entre les univers des matériaux 2D et 3D
Le programme Matériaux quantiques du CIFAR établit un lien novateur entre les communautés des matériaux quantiques 2D et des matériaux quantiques massifs, en conjuguant des atouts complémentaires. Les techniques et les connaissances issues des matériaux massifs sont appliquées aux systèmes 2D, tandis que les plateformes 2D sont utilisées pour reproduire la physique complexe des composés massifs. Le programme explore également la création de nouveaux matériaux 2D à partir de systèmes massifs. En reliant la physique des bandes plates, les effets Hall quantiques et la conception d’appareils aux défis complexes des matériaux massifs à corrélation forte, le programme réalise une intégration inédite de la recherche sur les matériaux quantiques 2D et 3D.
Voie menant à l’impact sociétal
Nous invitons les spécialistes du secteur privé, de la société civile, des soins de santé et du gouvernement à se joindre aux membres du programme Matériaux quantiques pour participer à de profondes discussions intersectorielles qui favorisent le changement et l’innovation.
Le programme Matériaux quantiques favorise l’impact en établissant les fondements scientifiques, l’expertise et les collaborations nécessaires aux futures technologies quantiques.
Axes prioritaires :
- Développer la filière quantique en formant la prochaine génération de spécialistes des matériaux quantiques, grâce à la participation de cohorte diverses à des collaborations internationales.
- Promouvoir l’intégrité scientifique, la transparence des données et la reproductibilité dans le domaine des matériaux quantique.
- Transposer les découvertes en applications pour l’informatique quantique, la spintronique et les technologies énergétiques.
- Renforcer les liens avec le secteur privé pour orienter l’innovation en contexte réel.
Fondation
1987
Dates de renouvellement
1992, 1997, 2002, 2007, 2012, 2019, 2025
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
Leon Balents
Coresponsable de programme
Alannah Hallas
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Coresponsable de programme
Canada
Brad Ramshaw
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Coresponsable de programme
Membres
James Analytis
Membre
N. Peter Armitage
Membre
Kwabena Bediako (en congé)
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Membre
Andrea Damascelli
Membre
Canada
Claudia Felser
Membre auxiliaire
Joshua Folk
Membre
Canada
Marcel Franz
Membre
Canada
Liang Fu
Membre auxiliaire
Bruce D. Gaulin
Membre
Canada
Pablo Jarillo-Herrero
Membre
Hae-Young Kee
Membre
Canada
Yong Baek Kim
Membre auxiliaire
Canada
Adina Luican-Mayer
Membre
Canada
Qiong Ma
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Membre
Collège de Boston
Vidya Madhavan
Membre
Matériaux quantiques
Satoru Nakatsuji
Membre
Japon
Johnpierre Paglione
Membre
Subir Sachdev
Membre
Louis Taillefer
Membre
Canada
André-Marie Tremblay
Membre auxiliaire
Canada
Spécialistes-conseils
Allan Macdonald
Spécialiste-conseil
Nigel Hussey
Responsable de comité consultatif
University of Bristol
Royaume-Uni
Roser Valenti
Spécialiste-conseil
Membres du programme de chercheurs mondiaux CIFAR
Zakaria Al Balushi
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Kwabena Bediako (en congé)
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2020-2022
Membre
Judy Cha
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2017-2019
Jennifer Fowlie
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2026-2028
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
Canada
Zhurun Ji
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2026-2028
Gregor Jotzu
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-FNS 2026-2028
Qiong Ma
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
Membre
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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