Des chercheurs de l'EPFL ont développé une méthode pour mesurer la durée d'événements quantiques ultrafast sans utiliser d'horloge externe. En analysant les changements de spin électronique lors de la photoémission, ils ont découvert que les temps de transition varient considérablement en fonction de la structure atomique du matériau. Les structures plus simples entraînent des retards plus longs, de 26 à plus de 200 attoseconde.
Les physiciens se heurtent depuis longtemps à la mesure du temps à l'échelle quantique, où des événements comme les transitions électroniques se produisent en attosecondes —10^{-18} seconde. Les méthodes traditionnelles reposent sur des horloges externes, qui peuvent interférer avec les processus quantiques délicats. Comme le note le professeur Hugo Dil de l'EPFL, « Le problème central est le rôle général du temps en mécanique quantique, et en particulier l'échelle temporelle associée à une transition quantique. »/n/nPour y remédier, l'équipe de Dil a utilisé des techniques d'interférence quantique, en évitant tout dispositif de chronométrage externe. Ils ont employé la spectroscopie de photoémission résolue en spin et en angle (SARPES), où la lumière de synchrotron excite les électrons dans un matériau, les faisant s'échapper tout en transportant des informations de spin. Ce spin encode la durée de la transition des états d'énergie initial vers final lors de l'absorption du photon./n/nLa première auteure, Fei Guo, explique : « Ces expériences ne nécessitent pas de référence externe ou d'horloge, et fournissent l'échelle temporelle requise pour que la fonction d'onde de l'électron évolue d'un état initial vers un état final à plus haute énergie lors de l'absorption du photon. »/n/nLes chercheurs ont testé des matériaux avec des géométries atomiques variées : cuivre tridimensionnel, disélénure de titane stratifié (TiSe₂) et ditellurure de titane (TiTe₂), et tellurure de cuivre en chaînes (CuTe). Dans le cuivre, la transition a duré environ 26 attosecondes. Les matériaux stratifiés ont montré des retards de 140 à 175 attosecondes, tandis que le CuTe a dépassé 200 attosecondes. Ces résultats indiquent que les structures de moindre symétrie prolongent les transitions quantiques./n/nDil met en lumière l'impact plus large : « Outre la fourniture d'informations fondamentales pour comprendre ce qui détermine le délai temporel en photoémission, nos résultats expérimentaux apportent un éclairage supplémentaire sur les facteurs influençant le temps au niveau quantique. »/n/nL'étude, publiée dans Newton (DOI : 10.1016/j.newton.2025.100374), a impliqué des collaborateurs d'institutions telles que l'Institut Paul Scherrer et l'Université de Tokyo. Cette approche pourrait aider à concevoir des matériaux avec des propriétés quantiques précises pour les technologies futures.
