{"id":44476,"date":"2021-07-28T14:00:15","date_gmt":"2021-07-28T18:00:15","guid":{"rendered":"https:\/\/cifar661.wpengine.com\/cifarnews\/2021\/04\/13\/electrons-universal-speed-limit\/"},"modified":"2021-12-08T11:52:03","modified_gmt":"2021-12-08T16:52:03","slug":"la-limite-de-vitesse-universelle-des-electrons","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cifar.ca\/fr\/cifarnews\/2021\/07\/28\/la-limite-de-vitesse-universelle-des-electrons\/","title":{"rendered":"Une nouvelle limite quantique pour les \u00e9lectrons"},"content":{"rendered":"<h2 class=\"cust-post-title\"><span style=\"font-weight: 400; color: #da291c;\">Les chercheurs du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR ont mesur\u00e9 une propri\u00e9t\u00e9 des m\u00e9taux \u00e9tranges \u00e0 propos de laquelle existaient des th\u00e9ories de longue date, et ont observ\u00e9 une limite fondamentale de la mati\u00e8re quantique.<\/span><\/h2>\n<p>\u00ab Il s\u2019agit certainement de l\u2019une des plus grandes d\u00e9couvertes de ma carri\u00e8re \u00bb, d\u00e9clare <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/louis-taillefer\/\">Louis Taillefer<\/a>, codirecteur du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR et professeur \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Sherbrooke. \u00ab Nous avons mis le doigt sur un principe fondamental. \u00bb<\/p>\n<p>\u00ab Ce qui me surprend le plus, c\u2019est la simplicit\u00e9 du r\u00e9sultat, particuli\u00e8rement si l\u2019on tient compte de la complexit\u00e9 des donn\u00e9es exp\u00e9rimentales \u00bb, d\u00e9clare <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/brad-ramshaw\/\">Brad Ramshaw<\/a>, membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli et professeur adjoint de physique Dick et Dale Reis Johnson \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 Cornell.<\/p>\n<p>Dans une s\u00e9rie d\u2019exp\u00e9riences r\u00e9alis\u00e9es au cours des trois derni\u00e8res ann\u00e9es, Taillefer, Ramshaw et leurs collaborateurs ont d\u00e9montr\u00e9 que la fa\u00e7on particuli\u00e8re dont certains mat\u00e9riaux conduisent l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 lorsqu\u2019ils refroidissent r\u00e9v\u00e8le une nouvelle limite fondamentale du comportement des \u00e9lectrons. Ce r\u00e9sultat important, fruit d\u2019une d\u00e9cennie de th\u00e9orie, d\u2019exp\u00e9riences et de synth\u00e8se de mat\u00e9riaux, constitue la plus r\u00e9cente r\u00e9alisation majeure du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR.<span style=\"font-weight: 400;\">\u00a0<\/span><\/p>\n<h3><span style=\"color: #333f48;\"><strong>Une droite plut\u00f4t qu\u2019une courbe<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>Les r\u00e9sultats de Taillefer et de Ramshaw, <a href=\"https:\/\/can01.safelinks.protection.outlook.com\/?url=https%3A%2F%2Frdcu.be%2FcqsLZ&amp;data=04%7C01%7Clouis.taillefer%40usherbrooke.ca%7C29262954ea244e51d23e08d951e16d93%7C3a5a8744593545f99423b32c3a5de082%7C0%7C0%7C637630850907023040%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C1000&amp;sdata=RJy9zCk98W9HlTWkTPaUbrtLUPtCks9Rhz%2B6LAkco8Q%3D&amp;reserved=0\">publi\u00e9s dans <em>Nature<\/em> le 28\u00a0juillet<\/a>, viennent confirmer une hypoth\u00e8se de longue date sur un curieux ph\u00e9nom\u00e8ne d\u00e9couvert pour la premi\u00e8re fois en 1986 par le duo de laur\u00e9ats du prix Nobel Georg Bednorz et Alex M\u00fcller.<\/p>\n<p>La r\u00e9sistivit\u00e9 d\u2019un m\u00e9tal normal, comme le cuivre des fils \u00e9lectriques, diminue au fur et \u00e0 mesure que la temp\u00e9rature baisse. La relation entre la r\u00e9sistivit\u00e9 et la temp\u00e9rature \u00e9pouse habituellement une courbe qui est dict\u00e9e par les collisions qu\u2019un \u00e9lectron subit en pr\u00e9sence d\u2019autres \u00e9lectrons. Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, elle devrait diminuer proportionnellement au carr\u00e9 de la temp\u00e9rature \u00e0 mesure que celle-ci diminue vers le z\u00e9ro absolu. Cependant, dans certains mat\u00e9riaux comme les cuprates (o\u00f9 des couches d\u2019oxyde de cuivre sont prises en sandwich entre des \u00e9l\u00e9ments comme le lanthane, le strontium ou le bismuth), la relation peut prendre la forme d\u2019une ligne \u00e9trangement droite.<\/p>\n<p>\u00ab\u00a0On peut observer une d\u00e9pendance thermique parfaitement lin\u00e9aire de la r\u00e9sistivit\u00e9 jusqu\u2019\u00e0 la temp\u00e9rature la plus basse possible\u00a0\u00bb, explique Taillefer, dont les exp\u00e9riences ant\u00e9rieures ont suivi ce comportement des \u00e9lectrons jusqu\u2019\u00e0 quelques millidegr\u00e9s au-dessus du z\u00e9ro absolu.<\/p>\n<p>Le fait qu\u2019un graphique de la r\u00e9sistivit\u00e9 et de la temp\u00e9rature affiche une droite plut\u00f4t qu\u2019une courbe peut sembler \u00eatre un d\u00e9tail insignifiant, mais les chercheurs estiment que cela r\u00e9v\u00e8le une v\u00e9rit\u00e9 fondamentale et universelle sur l\u2019Univers.<\/p>\n<h3><span style=\"color: #333f48;\"><strong>Une limite qui revient sans cesse<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>Au fil des derni\u00e8res d\u00e9cennies, des exp\u00e9rimentateurs du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR, dont <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/johnpierre-paglione\/\">Johnpierre Paglione,<\/a> <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/nigel-hussey\/\">Nigel Hussey<\/a> et <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/pablo-jarillo-herrero\/\">Pablo Jarillo-Herrero<\/a>, ont observ\u00e9 cette relation lin\u00e9aire dans des mat\u00e9riaux aussi divers que les cuprates, les supraconducteurs organiques et les couches de graph\u00e8ne torsad\u00e9es. Chaque fois qu\u2019ils ont constat\u00e9 ce comportement de \u00ab m\u00e9tal \u00e9trange \u00bb, ils ont remarqu\u00e9 que la pente de la ligne droite ne d\u00e9passait jamais une certaine valeur.<\/p>\n<p>\u00ab Cela ne semble pas d\u00e9pendre des d\u00e9tails du mat\u00e9riau en particulier, d\u00e9clare Taillefer. Par cons\u00e9quent, il doit s\u2019agir de quelque chose qui \u00e9quivaut presque \u00e0 un principe dominant, insensible aux d\u00e9tails. \u00bb<\/p>\n<p>Dans leur dernier article, Taillefer et Ramshaw montrent que la d\u00e9pendance lin\u00e9aire de la r\u00e9sistivit\u00e9 par rapport \u00e0 la temp\u00e9rature est li\u00e9e \u00e0 un temps de diffusion entre les collisions d\u2019\u00e9lectrons qui d\u00e9pend de la constante de Planck.<\/p>\n<p>L\u2019auteur principal de l\u2019article, Ga\u00ebl Grissonnanche, ancien postdoctorant de Taillefer \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Sherbrooke, est maintenant stagiaire postdoctoral aupr\u00e8s de Ramshaw \u00e0 l\u2019Institut Kavli de nanosciences de l\u2019Universit\u00e9 Cornell.<\/p>\n<p>Les chercheurs ont plac\u00e9 un cristal de cuprate dans le plus puissant champ magn\u00e9tique statique au monde \u2014 45 Tesla, au Magnet Lab de Tallahassee, en Floride \u2014 et mesur\u00e9 sa r\u00e9sistivit\u00e9 en fonction de la direction du champ. Le mouvement des \u00e9lectrons charg\u00e9s est d\u00e9termin\u00e9 par le champ en fonction du temps de diffusion.<\/p>\n<p>Les chercheurs ont \u00e9t\u00e9 surpris de constater que le temps de diffusion est isotrope \u2013 il est le m\u00eame, quelle que soit la direction des \u00e9lectrons en mouvement. \u00ab C\u2019\u00e9tait \u00e9tonnant, car depuis pr\u00e8s de 40 ans, les gens pensaient que le temps de diffusion devait d\u00e9pendre de la direction \u00bb, explique Ramshaw. \u00ab Mais d\u2019apr\u00e8s nos mesures, ce n\u2019est pas le cas. Les \u00e9lectrons entrent en collision au m\u00eame rythme, peu importe leur direction ou leur vitesse. \u00bb<\/p>\n<h3><span style=\"color: #333f48;\"><strong>Une constante fondamentale<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>Le fait que la constante de Planck se r\u00e9v\u00e8le de cette mani\u00e8re a fait beaucoup de bruit dans la communaut\u00e9 des physiciens de la mati\u00e8re condens\u00e9e. \u00ab\u00a0La constante de Planck est une constante fondamentale de la nature qui contr\u00f4le le comportement quantique de toute chose\u00a0\u00bb, explique <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/subir-sachdev\/\">Subir Sachdev<\/a>, membre du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR et grand th\u00e9oricien quantique \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 Harvard. \u00ab\u00a0C\u2019est quelque chose que nous connaissons avec une grande pr\u00e9cision. Il est donc tout \u00e0 fait remarquable de constater que ce temps de diffusion, dans diff\u00e9rents mat\u00e9riaux, ne d\u00e9pend que de la constante de Planck.\u00a0\u00bb<\/p>\n<p>Sachdev n\u2019a pas contribu\u00e9 directement \u00e0 cet article, mais ses th\u00e9ories pourraient expliquer ce qui se passe. En 1993, il a formul\u00e9 des \u00e9quations pour mod\u00e9liser ce comportement \u00e9trange des \u00e9lectrons. Connu sous le nom de Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), ce mod\u00e8le traite les \u00e9lectrons comme s\u2019ils interagissaient al\u00e9atoirement, mais Sachdev admet que cela est peu r\u00e9aliste en raison de la structure ordonn\u00e9e d\u2019un mat\u00e9riau comme le cuprate examin\u00e9 par Taillefer et Ramshaw. Et pourtant, le mod\u00e8le pr\u00e9dit avec pr\u00e9cision le temps de diffusion planckien observ\u00e9 par les exp\u00e9rimentateurs.<\/p>\n<p>\u00ab\u00a0C\u2019est tr\u00e8s excitant de constater que ce qui semblait \u00eatre \u00e0 premi\u00e8re vue un artefact de notre mod\u00e8le simple pourrait bien \u00eatre du domaine du r\u00e9el, d\u00e9clare Sachdev. Voil\u00e0 pr\u00e9cis\u00e9ment le type d\u2019observations qui a motiv\u00e9 mes recherches.\u00a0\u00bb<\/p>\n<h3><span style=\"color: #333f48;\"><strong>Collaboration au long cours<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>Le programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR r\u00e9alise des recherches de pointe dans le domaine des mat\u00e9riaux quantiques depuis plus de trente ans gr\u00e2ce aux interactions r\u00e9p\u00e9t\u00e9es de th\u00e9oriciens comme Sachdev, d\u2019exp\u00e9rimentateurs comme Taillefer et Ramshaw, et de synth\u00e9tiseurs de mat\u00e9riaux comme <a href=\"https:\/\/cifar.ca\/fr\/biographie\/bruce-d-gaulin\/\">Bruce Gaulin<\/a> et Paglione.<\/p>\n<p>Les prochaines d\u00e9couvertes \u00e9maneront de la collaboration de ces trois types de sp\u00e9cialistes des mat\u00e9riaux. Les th\u00e9oriciens tenteront d\u2019expliquer le comportement des \u00e9lectrons, tandis que les exp\u00e9rimentateurs continueront \u00e0 trouver de nouveaux moyens de tester les mat\u00e9riaux fournis par les synth\u00e9tiseurs de mat\u00e9riaux.<\/p>\n<p>\u00ab Je crois que cela illustre tellement bien la nature du CIFAR, d\u00e9clare Taillefer. Il s\u2019agit de collaborations \u00e0 long terme qui m\u00e8nent \u00e0 des perc\u00e9es. Cet article constitue un parfait exemple de la maturation d\u2019un probl\u00e8me au fil d\u2019une d\u00e9cennie. Il est merveilleux de voir qu\u2019\u00e0 diff\u00e9rentes \u00e9tapes, diff\u00e9rents membres du programme du CIFAR ont jou\u00e9 un r\u00f4le d\u00e9terminant dans ces recherches. \u00bb<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Les boursiers du programme Mat\u00e9riaux quantiques du CIFAR ont mesur\u00e9 une propri\u00e9t\u00e9 des m\u00e9taux \u00e9tranges \u00e0 propos de laquelle existaient des th\u00e9ories de longue date, et ont observ\u00e9 une limite fondamentale de la nature.<\/p>\n","protected":false},"author":65,"featured_media":35268,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[2484,4391,927],"tags":[4634],"class_list":["post-44476","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-materiaux-quantiques","category-percees","category-recherche","tag-materiaux-quantiques"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.2 - 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