Un chercheur de Harvard débloque le potentiel des technologies quantiques
Sa formation en physique et son expérience en chimie expérimentale lui permettent de tester les théories quantiques dans le monde réel. Même si les physiciens et les chimistes étudient tous les deux les matériaux, les physiciens ont tendance à les considérer davantage comme des équations abstraites, tandis que les chimistes s’intéressent à leurs propriétés émergentes, a déclaré Xu. Comme j’ai une formation en physique pure et que je parle le langage de la chimie, je peux traduire des théories difficiles dans l’espace réel.
Avec quelques hypothèses bien raisonnées et des techniques innovantes, Xu et son équipe comblent le fossé entre la physique quantique et la chimie, testant des théories avec des matériaux. Premièrement, ils prédisent quels matériaux peuvent réaliser des propriétés topologiques. Les formules chimiques des éléments de ces matériaux ne fournissent pas un aperçu adéquat; Xu s’intéresse également à leurs propriétés macroscopiques.
Si je devais étudier l’eau, la vapeur et la glace uniquement en regardant leur H20 équation, je n’apprendrais rien sur leurs différentes propriétés. dit Xu. En tant que chimiste, j’essaie de trouver certains éléments et de les organiser au microscope, afin qu’ils puissent produire une propriété topologique.
Le laboratoire Xus teste ensuite les théories actuelles sur les réactions chimiques par rapport aux données expérimentales pour élargir la carte des matériaux topologiques. À l’aide de réfrigérateurs spécialisés dans lesquels les atomes et les molécules sont refroidis à des températures juste au-dessus du zéro absolu, auxquelles ils deviennent hautement contrôlables et plus visibles, Xu et son équipe testent le flux d’électrons à travers les matériaux avec des courants.
Ils s’intéressent également aux propriétés optiques des matériaux, testant leur interaction avec la lumière. L’équipe tire des photons sur les matériaux et recueille des données topologiques de mécanique quantique en fonction de la diffusion, de la réflexion et de la transmission de la lumière. Xu a déjà fourni des preuves solides de particules théoriques qui répondent à l’un des problèmes les plus épineux de la science quantique.
Dans une étude publiée l’année dernière dans Nature, Xu et son équipe ont entrepris d’étudier les propriétés des axions, une particule élémentaire théorique proposée par le physicien Frank Wilczek. Le lauréat du prix Nobel l’a nommé d’après une marque de détergent à lessive parce qu’il a résolu le problème complexe et hautement technique de la parité de charge forte en chromodynamique quantique en comblant un fossé entre la théorie et l’observation.
De plus, l’une des prédictions les plus séduisantes concernant les états d’axions est que nous pourrions être en mesure de les utiliser pour contrôler la magnétisation, ce qui pourrait révolutionner toutes sortes de technologies, car le magnétisme et les matériaux magnétiques sont au cœur de très nombreuses applications.
Dans une classe de matériaux topologiques appelés isolants d’axion, l’équipe Xus a cherché à simuler le comportement de l’axion. Ils ont fabriqué un dispositif MnBi2Te4 à double grille dans un environnement d’argon et ont mesuré ses propriétés électriques et optiques, découvrant de nouvelles voies pour détecter et manipuler la riche structure interne des matériaux topologiques.
Nous avons découvert un véritable matériau qui peut supporter l’état d’isolant d’axion, a déclaré Xu. Nous avons confirmé qu’il avait les propriétés prédites, un fort couplage entre l’électricité et le magnétisme.
Après avoir fourni des preuves d’une particule théorisée, Xu prévoit d’explorer les propriétés de spin des semi-métaux de Weyl, un nouvel état de la matière qui a une structure électronique inhabituelle qui a de profondes analogies avec la physique des particules et conduit à des propriétés topologiques uniques.