Un nouveau semi-métal fait mouche dans le domaine quantique

La recherche sur les semi-métaux vient de franchir une étape importante avec la découverte d’un matériau qui pourrait conduire au développement de technologies quantiques avancées. Une équipe de scientifiques d’Autriche et des États-Unis a démontré qu’un semi-métal qu’ils étudiaient pouvait atteindre un état critique quantique naturel sans aucune influence extérieure. Un communiqué publié dans la revue «Science Advances» décrit les recherches qui ont bénéficié du soutien du projet EMP financé par l’UE.

Lorsque des matériaux passent d’une phase à une autre, par exemple d’un état solide à un état liquide lorsque la glace se réchauffe et fond, le phénomène est généralement lié à des changements de température. Cependant, les transitions de phase se produisent également lorsque des états magnétiques et supraconducteurs se forment. Les scientifiques qui étudient les propriétés quantiques des matériaux s’efforcent de réaliser des transitions de phase à la température du zéro absolu, où se produit une fluctuation quantique. Lorsqu’elle survient, cette transition est appelée point critique quantique. «S’approcher de ce point est généralement extrêmement délicat, et vous n’êtes jamais tout à fait certain que votre matériau atteindra le véritable point critique quantique», fait remarquer le premier auteur de l’étude, Wesley Fuhrman, de l’université Johns Hopkins, dans un article publié sur «EurekAlert!». «Imaginez une cible de fléchettes dont le centre devient de plus en plus petit à mesure que vous abaissez la température.»Le matériau étudié était formé d’une part de cérium (Ce), de quatre parts de ruthénium (Ru) et de six parts d’étain (Sn), et a été fabriqué à l’Université de technologie de Vienne, partenaire du projet EMP. Des expériences de susceptibilité magnétique, de chaleur spécifique et de diffusion inélastique de neutrons ont révélé que le semi-métal CeRu4Sn6 était naturellement critique sur le plan quantique, sans la moindre influence extérieure.

«Dans le cas qui nous occupe, le CeRu4Sn6 semble se trouver au point critique quantique sans aucune de ces influences – une criticité quantique pure où la fléchette fait toujours mouche», déclare Wesley Fuhrman. «Un matériau qui se trouve à un point critique quantique est particulièrement facile à manipuler, car il se trouve au seuil de plusieurs phases», ajoute-t-il, soulignant l’importance de pouvoir manipuler les états quantiques pour le développement des technologies quantiques.

Dans les ordinateurs quantiques – la technologie quantique la mieux connue du public – les informations sont stockées dans des qubits, dont les chercheurs s’efforcent actuellement de contrôler les états quantiques. Le nouveau semi-métal semble posséder certains états quantiques d’une grande stabilité et difficilement perturbables par des forces extérieures, ce qui en fait un matériau prometteur pour les ordinateurs quantiques. Bien qu’il faille encore procéder à des recherches plus approfondies, cela a donné à l’équipe des raisons d’espérer pouvoir concevoir d’autres matériaux présentant ces états quantiques.

Ceci est important car les technologies quantiques exigeront un grand nombre de matériaux quantiques pour fonctionner, explique Wesley Fuhrman dans l’article. «Une voiture ne se limite pas à une simple combustion dans un cylindre. Pour faire fonctionner les technologies quantiques, nous avons besoin de réfrigérateurs quantiques, de capteurs quantiques, ainsi que des qubits au cœur des ordinateurs quantiques.»

EMP (European Microkelvin Platform) est coordonné par l’université de Heidelberg en Allemagne. Le projet, qui se termine en juin 2023, propose une plateforme améliorée pour la recherche à ultra-basse température axée sur les matériaux et technologies quantiques.

Pour plus d’informations, veuillez consulter:

site Web du projet EMP