Le graphène: un matériau quantique possible pour les ordinateurs
L'un des phénomènes les plus intrigants en physique de la matière condensée est sans doute l'effet Hall quantique fractionnaire, cet état électronique exotique dont les phases semblent présenter les propriétés adéquates pour constituer un ordinateur quantique topologique. Il s'agit d'une propriété d'un état collectif où les électrons lient les lignes de flux magnétique afin de constituer de nouvelles quasi-particules, alors que l'excitation présente une charge élémentaire fractionnaire, voire des statistiques fractionnaires. Les dernières études ont fait état de l'effet Hall quantique fractionnaire dans le graphène, qui devient ainsi le matériau idéal pour les appareils informatiques quantiques rapides. Le graphène est un matériau bidimensionnel extraordinaire puisqu'il fait état d'effets à n-corps uniques et surprenants dus à de fortes interactions électroniques. Stimulés par son potentiel pour l'électronique de demain, des chercheurs ont lancé le projet EXOTICPHASES4QIT (Exotic quantum phases in graphene and other modern nanomaterials - Physical foundation for quantum information technology). L'équipe a mis en œuvre de puissantes méthodes de calcul afin de modéliser la structure électronique et les effets n-corps dans un graphène nanostructuré présentant une forme et un bord spécifiques. Le but était d'étudier l'émergence des phases électroniques exotiques. Les chercheurs ont également mené des études comparatives de l'effet Hall quantique fractionnaire dans le graphène et les semiconducteurs traditionnels. Les résultats offrent de meilleures perspectives quant aux propriétés magnétiques des nanostructures de graphènes composées de plusieurs électrons. Ils révèlent également le rôle de la dégénérescence du pseudospin et les différents pseudo-potentiels d'interaction dans les semi-conducteurs. Les chercheurs ont également mis au point un modèle décrivant le spin et les pseudospins propres aux systèmes à effet Hall quantique fractionnaire. Il s'agit notamment de fermions composites (des états d'électrons liés et des vortex de nombreux électrons), porteurs de charges fractionnaires et présentant des statistiques quantiques non abéliennes. Le modèle a également permis aux scientifiques de compléter leurs connaissances de l'incompressibilité de plusieurs états à effet Hall quantique fractionnaire correspondant aux facteurs 3/8 et 4/11. EXOTICPHASES4QIT a donné lieu à 15 publications dans des revues internationales spécialisées et à 7 invitations à des conférences.
Mots‑clés
Graphène, ordinateurs quantiques, états exotiques, effet Hall quantique fractionnaire, effets à n-corps
