États quantiques de la matière
De manière générale, mes recherches portent sur les états quantiques de la matière. Ceux-ci surviennent le plus souvent dans les matériaux à basse température et impliquent le comportement quantique complexe de nombreux électrons. Les gaz atomiques ultra froids constituent une autre plateforme en évolution rapide permettant d’étudier la matière quantique. Quelques exemples d’états quantiques que j’étudie: aimants quantiques, isolants topologiques, semi-métaux de Dirac et Weyl, supraconducteurs, etc.
Transitions quantiques
de phases
Une transition de phase quantique se produit lorsqu’un système passe d’une phase à une autre au zéro absolu, quand un paramètre non thermique est réglé (champ magnétique, pression, dopage, etc.). Bien que l’on ne puisse jamais atteindre le zéro absolu, les effets de la transition quantique peuvent être ressentis en s’en rapprochant suffisamment. Des phénomènes particulièrement frappants se produisent lorsque la transition est continue, appelée critique quantique. Certaines grandeurs divergent à l’approche du point critique quantique. La raison est que le système fluctue facilement entre les phases concurrentes et que ces fluctuations se développent à la fois dans l’étendue spatiale et dans l’étendue temporelle.
Matériaux quantiques avec
fortes interactions et couplage
spin-orbite
De nouvelles phases de la matière quantique, appelées phases topologiques, peuvent être trouvées dans les matériaux quantiques qui présentent à la fois de fortes interactions et un couplage spin-orbite. Ce dernier constitue l’ingrédient clé pour réaliser les phases topologiques car il confère aux électrons des propriétés quantiques non triviales (phases de Berry) lors de leur déplacement à l’intérieur du cristal. Un exemple central est l’isolant topologique, récemment observé expérimentalement, qui isole dans la masse mais héberge des états aux limites métalliques robustes.
D’autres exemples incluent les semi-métaux de Weyl, les liquides de spin quantique et les états quadrupolaires. Par exemple, les oxydes à base d’iridium constituent une riche plateforme pour étudier ces phénomènes.
Pour plus de détails, vous pouvez consulter un article de revue que j’ai co-rédigé sur le sujet.