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La thématique principale des recherches de notre groupe est l'étude de la matière ou de systèmes quantiques fabriqués sur une puce, i.e. dans des matériaux et avec des techniques similaires à ce qui est utilisé par l'industrie de l'électronique. Concrètement, ceci se traduit par l'utilisation de gaufres de GaAs/AlGaAs des plus purs, avec un niveau de désordre extrêmement bas; ces gaufres sont produites par quelques uns des meilleurs laboratoires d'épitaxie par faisceau moléculaire au monde. Pour les liquides, nous utilisons également le matériel le plus pur connu à ce jour, l'hélium-3 liquide. Nos appareils et équipements sont à la fine pointe de la technologie et ils nous permettent d'effectuer des mesures à des températures aussi basses que ~8 mK et dans des champs magnétiques de près de 16T. Notre groupe développe et implémente des techniques et outils variés tels que la RMN résistive avec « pas assez de spins », la microscopie par sonde à balayage aux températures ultra-basses, et même les techniques RMN avec pompage optique. À partir de matériaux semi-conducteurs et d'une expertise en salle blanche, nous fabriquons sur mesure des structures permettant le contrôle d'électrons, ainsi que des trous nanométriques pour guider des fluides quantiques à l'échelle nanoscopique. En résumé, dans notre laboratoire, on étudie les nouvelles phases de la matière qui n'émergent que lorsqu'on sait allier les outils nanotechnologiques de pointe, avec le « savoir faire » à très basse température et bien sûr, le monde quantique.
Projets en cours
Rotation de FaradayL’effet de Faraday a depuis longtemps décrit la relation linéaire entre un champ magnétique perpendiculaire au déplacement de la lumière traversant un milieu. Notre équipe a découvert la version quantique de l’effet de Faraday dans le régime micro-onde à basse température. Nous utilisons des matériaux semi-conducteurs de haute mobilité électronique pour induire ces phases quantiques avec des champs magnétiques de grandeur modestes, soi-disant en dessous de 6T. Cet effet quantique, comparable à l’effet classique de Faraday, a une dépendance inverse avec le champ magnétique (1/B) tout comme l’effet de Hall quantique. Ceci est activé dans le champ optique où l’angle θ_F est quantifié par rapport à l’alpha (α), et démontre la géométrie de la constante de structure fine. [Suresh, V., Pinsolle, E., Lupien, C., Martz-Oberlander, T. J., Lilly, M. P., Reno, J. L., Gervais, G., Szkopek, T., Reulet, B. Phys. Rev. B. 102, 085302 (2020)] |  |
Recherche de non-abélions avec spin polariséLes lois de la mécanique quantique prévoient l’ajout d’un signe +/- devant la fonction d’onde d’un système lorsqu’on interchange deux de ses particules, soit des bosons soit des fermions. Cependant, une théorie récente prédit que dans l’état fondamental extrêmement pur (c’est-à-dire de très faible désordre) de l’interface GaAs/AlGaAs, la fonction d’onde d’un système, sous interchange de deux particules, devrait acquérir une phase non-abélienne (non triviale!). Ces particules « étranges », appelées non-abélions, sont en fait reconnues comme sous-jacentes à un paradigme pour l’informatique quantique avec correction d'erreur topologique. Ce projet comporte donc des expériences visant à confirmer ou invalider l’existence de ces statistiques quantiques possibles. [K. Bennaceur, C. Lupien, B. Reulet, G. Gervais, L. N. Pfeiffer and K. W. West, Phys. Rev. Lett. (2018)] |  |
Cristaux en 2 dimensions et design de structure de bande (avec Prof. Szkopek)En collaboration avec le prof Szkopek de la faculté d'ingénieurie nous fabriquons des transistors ultra fins (∼5-50 nm) à effet de champs à partir de matériaux allotropes exfoliés ou générés dans des conditions de haut vide. En particulier nous nous dirigeons vers la limite atomique des matériaux ‘post-graphene’. On se penche en parralèle sur des questions fondamentales concernant les matériaux à deux dimensions ainsi des questions appliquées d'ingénieurie de la structure de bande. [V. Tayari, B.V. Senkovskiy, D. Rybkovskiy, N. Ehlen, A. Fedorov, C.-Y. Chen, J. Avila, M. Asensio, A. Perucchi, P. di Pietro, L. Yashina, I. Fakih, N. Hemsworth, M. Petrescu, G. Gervais, A. Gruneis, and T. Szkopek, Phys. Rev. B. (2018)] |  |
Fils quantiques nanométriques couplés verticalement: liquides de Luttinger (Projet collaboratif à Sandia).Nous collaborons aussi avec le groupe à Sandia National Lab, mené par Dr. Mike Lilly, sur un projet comportant la fabrication ainsi que l'étude de fils quantiques couplés verticalement, et séparés par seulement ~10 nanomètres. Vous voulez en savoir plus, sur cette possibilité incroyable, appelez-nous! [D. Laroche, G. Gervais, M.P. Lilly and J.L. Reno, Science (2014)] |  |
Semiconducteurs dans un haut champ magnétiqueNous utilisons le plus grand champ magnétique statique du monde, à Tallahasse en Floride, pour effectuer des expériences sur des hétérojonction de très haute qualité. Nous étudions les correlations électronique sous des champs magnétiques aussi hauts que 45T. [V. Tayari, N. Hemsworth, I. Fakih, A. Favron, E. Gaufrès, G. Gervais, R. Martel and T. Szkopek, Nature Commun. (2015)] |  |
La nanofluidique quantique.Nous n'avons pas complètement oublié les corrélations quantiques qui existent dans les éléments, comme l'hélium 3 et 4. Nous désirons réaliser des mesures locales sur ces systèmes lorsqu'ils sont confinés à une échelle extrêmement petite (de l'ordre du nanomètre). Vous voulez en savoir plus, appelez-nous! [P-F Duc, M.Savard, M. Petrescu, B. Rosenow, A. Del Maestro, and G. Gervais, Science Advances 1, (2015).] |  |
Trou noir sur une puce (Black Hole on a Chip)Eh oui... (on y travaille...) |  |
Projets passés
Microscope à sonde à balayage à très basse températureDans un projet nécessitant l'expertise de quatre professeurs, une Post-Doc, et un étudiant au doctorat, tous de McGill, nous procédons à la construction d'un microscope à force atomique qui fonctionnera dans un environnement à haut champ magnétique (16 T) et très basse température (50 mK). Ce tour de force expérimental sera une première mondiale pour l'imagerie de systèmes nanoscopiques exotiques. La température ultra basse sera atteinte avec l'aide d'un réfrigérateur à dilution, inséré dans un aimant supraconducteur. L'AFM fonctionne déjà à la température de l'hélium liquide sous un haut champ magnétique (> 15 Tesla). [J. Hedberg, PhD Thesis (2011)] |  |
