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L'Institut Weizman découvre le rôle de Effet Hall quantique

Israël Technologies


Lorsque l’on réduit la taille d’un système physique, les lois de la mécanique quantique prennent le pas sur celles de la physique classique. 

Découvert en 1980, l’effet Hall quantique apparaît lorsque l’on réduit une des dimensions d’un système semi-conducteur : les particules chargées, appelées électrons et qui sont responsables du courant électrique, ne peuvent alors se déplacer que dans le plan.

Lorsque l’on place ces électrons à très basse température (proche du zéro absolu soit -273,15°C) et sous un fort champ magnétique perpendiculaire au plan, les électrons ont alors un comportement inhabituel. 

Dans ce cas de figure ils se déplacent seulement sur les bords de l’échantillon sans aucune dissipation, c’est-à-dire sans aucune collision avec tout type d’impuretés présents dans l’échantillon. 

Mais à quoi peut bien servir cet effet quantique ?

Étalon de résistance électrique
Cet effet parait à première vue bien fondamental mais il existe en réalité une application immédiate pour l’industrie. Si l’on mesure maintenant la résistance non plus le long de l’échantillon, mais transverse au passage du courant, il apparait que la résistance mesurée est uniquement reliée aux constantes fondamentales de la physique que sont la charge de l’électron et la constante de Planck.

Cet effet est donc un phénomène idoine pour partager une référence commune d’unité de résistance électrique : le Ohm. 

L’ensemble des résistances mondiales, y compris celles se trouvant dans tous les composés électroniques de tous les jours, sont calibrées en fonction de la valeur mesurée lorsque l’on met en œuvre cet effet quantique.

Optique électronique quantique
Cet effet a également permis d’offrir un nouveau terrain de jeu aux physiciens, et notamment à ceux de l’équipe de Moty Heiblum à l’institut Weizmann. 

Sur le bord de l’échantillon, les électrons se déplacent dans des canaux unidimensionnels et, à basse température ont un comportement ondulatoire. 

De fait, ceci permet de reproduire les expériences pionnières sondant le comportement ondulatoire de la lumière, mais cette fois ci, avec des électrons et non pas avec des photons.

Effet hall quantique fractionnaire
De manière encore plus étonnante, si maintenant l’on diminue le nombre de défauts dans le matériau, il apparaît que les porteurs de charge ne sont plus des électrons mais des fractions d’électrons (appelées quasi-particules). 

Théoriquement les processus d’interférence de ces quasi-particules peuvent apporter un pas décisif à l’élaboration d’un futur ordinateur quantique. 

Malheureusement jusqu’alors aucun comportement ondulatoire n’a pu être relevé dans ce régime mais l’équipe du professeur Heiblum continue d’explorer ce phénomène quantique afin de déterminer les processus limitant l’observation d’interférence quantique.

source: diplomatie France Israel