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Des physiciens découvrent une "gouttelette quantique" dans un semi-conducteur

26/02/2014 01:00 EST | Actualisé 28/04/2014 05:12 EDT

Des physiciens américains ont découvert une nouvelle "quasi-particule", une poignée de petites particules qui se condensent très fugacement dans un solide pour former une sorte de gouttelette aux propriétés à la fois quantiques et liquides.

En raison de ses caractéristiques, les chercheurs proposent de baptiser "gouttelette quantique", ou encore "dropleton" ("droplet" signifie gouttelette en anglais), cette quasi-particule inédite qui fait la Une de la revue britannique Nature.

Les quasi-particules sont de petits assemblages de particules élémentaires (électrons, photons, etc.) qui peuvent se créer dans des matériaux solides, souvent des semi-conducteurs, et qui dans cette configuration interagissent avec leur environnement selon un comportement prévisible et reproductible.

Par exemple, pris isolément, les électrons sont de vraies particules élémentaires qui ne peuvent être divisées en d'autres entités. Mais quand ils se trouvent au sein de certains matériaux, ils peuvent s'agencer et se combiner pour former des systèmes aux comportements insolites.

C'est le cas d'une quasi-particule déjà connue, l'exciton, qui survient lorsque, sous l'effet de forces électrostatiques, un électron s'associe avec un "trou", un lieu dans la structure du solide où un autre électron devrait se trouver mais où il n'y a rien.

La nouvelle quasi-particule découverte par les chercheurs du JILA, un laboratoire gouvernemental américain situé dans le Colorado, est justement un assemblage inédit d'électrons et de "trous": un objet quantique qui se comporte aussi par certains aspects comme un liquide. Par exemple, "il peut présenter des ondulations", comme quand on lance un caillou dans une mare, explique le JILA dans un communiqué.

Et même si ce légo microscopique a une durée de vie qui peut paraître ridicule au commun des mortels (25 millièmes de milliardième de seconde), c'est encore suffisamment stable aux yeux des physiciens pour leur permettre d'étudier les interactions entre la lumière et la matière, estiment ses découvreurs.

"En ce qui concerne les applications concrètes, personne ne va concevoir un bidule à gouttelette quantique. Mais ça peut avoir un intérêt pour améliorer notre connaissance du comportement des électrons dans différentes situations, notamment dans les systèmes opto-électroniques" (télécommunications par fibre optique, lasers, etc.), précise Steven Cundiff, qui a participé à l'étude.

Pour fabriquer leur quasi-particule, les physiciens ont bombardé un semi-conducteur d'arséniure de gallium à l'aide d'un laser, au rythme de 100 millions de pulsations par seconde, pour créer un plasma rempli d'excitons.

Au-delà d'un certain point, les excitons se sont dissous, disparaissant pour laisser la place à ces gouttelettes quantiques, comme des bulles en suspension dans un bain de plasma.

ban/dab/DS

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