Sylvain Ravets, chercheur au Département Photonique du C2N (équipe GOSS), est lauréat d'une ERC Starting Grants 2020 pour son projet ARQADIA.
Artificial quantum materials with photons: many-body physics and topology
De la matière quantique artificielle avec des photons : Physique à N-corps et topologie
Le projet ARQADIA trouve son inspiration dans la physique de la matière condensée et en particulier dans les matériaux dits « quantiques ». Les matériaux quantiques présentent des propriétés tout à fait spéciales (supraconductivité, magnétisme quantique, effet Hall quantique fractionnaire) qui ne peuvent pas être décrites simplement par des modèles ne faisant intervenir qu’une particule (atome ou électron) à la fois, mais qui nécessitent de tenir compte des interactions entre un grand nombre de particules. L’objectif du projet ARQADIA est de construire, avec de la lumière, des matériaux quantiques synthétiques qui sont le siège de tels comportements collectifs. L’objectif est double : (i) utiliser ces matériaux artificiels pour aider à la compréhension de ces phénomènes complexes en les étudiant dans des systèmes bien contrôlés, et (ii) se servir de ces effets collectifs comme d’une ressource applicable aux technologies quantiques.
Les matériaux quantiques synthétiques développés durant ARQADIA seront fabriqués au sein de la centrale de technologie du C2N, de manière à former des réseaux de « pièges à lumière » (voir Figure). Le couplage entre la lumière et les excitations électroniques dans ces structures conduit à la formation d’excitations hybrides lumière-matière (appelées « polaritons »), qui se comportent comme des photons en interaction. Le verrou technologique à lever durant ARQADIA consistera à générer des interactions suffisamment fortes entre polaritons, pour permettre de générer de fortes corrélations quantiques entre les photons qui s’échappent de ces matériaux synthétiques. Nous révélerons des signatures optiques de ce comportement quantique en fonction de la dimensionnalité du système (1D ou 2D) ou encore de la topologie des bandes du réseau.
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