Pour la première fois, des chercheurs ont démontré que la lumière se comporte comme l'effet Hall quantique, un phénomène observé auparavant uniquement chez les électrons. Les photons dérivent maintenant latéralement par des étapes quantifiées déterminées par des constantes fondamentales. Cette avancée pourrait améliorer les mesures de précision et faire progresser les technologies photoniques quantiques.
L'effet Hall, découvert à la fin des années 1800, implique l'apparition d'une tension latérale à travers un matériau lorsqu'un courant électrique le traverse sous un champ magnétique perpendiculaire. Cela se produit car le champ magnétique dévie les électrons chargés négativement d'un côté, créant une accumulation de charge et une différence de tension mesurable. Les scientifiques utilisent depuis longtemps cet effet pour mesurer précisément les champs magnétiques et évaluer les niveaux de dopage des matériaux. nnDans les années 1980, des expériences avec des conducteurs ultra-fins à très basses températures et des champs magnétiques forts ont révélé l'effet Hall quantique. Ici, la tension latérale forme des plateaux distincts qui montent par étapes, indépendants des détails du matériau et fixés uniquement par la charge de l'électron et la constante de Planck. Cette découverte a valu des prix Nobel de physique en 1985 pour l'effet Hall quantique, 1998 pour sa version fractionnaire, et 2016 pour les phases de matière topologiques associées. nnReproduire cela avec la lumière a été difficile car les photons, contrairement aux électrons, ne portent pas de charge électrique et ne répondent pas directement aux champs électriques ou magnétiques. Une équipe internationale, incluant des chercheurs de l'Université de Montréal, a maintenant réussi à observer une dérive transversale quantifiée de la lumière. Leur travail paraît dans Physical Review X. nn«La lumière dérive de manière quantifiée, suivant des étapes universelles analogues à celles observées avec les électrons sous des champs magnétiques forts», a déclaré Philippe St-Jean, professeur de physique à l'Université de Montréal et co-auteur de l'étude. nnL'effet Hall quantique sous-tend la métrologie moderne, comme la définition du kilogramme à l'aide de constantes fondamentales via des dispositifs électromécaniques calibrés par des étalons de résistance électrique issus de ces plateaux. St-Jean a noté: «Aujourd'hui, le kilogramme est défini sur la base de constantes fondamentales à l'aide d'un dispositif électromécanique qui compare le courant électrique à la masse. Pour que ce courant soit parfaitement calibré, nous avons besoin d'un étalon universel pour la résistance électrique. Les plateaux de Hall quantique nous donnent exactement cela.» nnCette version basée sur la lumière pourrait fournir des références optiques pour les mesures, potentiellement en complément ou en remplacement des électroniques. Elle pourrait également soutenir le traitement de l'information quantique et des ordinateurs photoniques plus robustes. De petites déviations de la quantification pourraient permettre des capteurs sensibles détectant les changements environnementaux. nnSt-Jean a ajouté: «Observer une dérive quantifiée de la lumière est un défi unique, car les systèmes photoniques sont intrinsèquement hors d'équilibre. Contrairement aux électrons, la lumière exige un contrôle, une manipulation et une stabilisation précis.» Cette réalisation ouvre la voie à de nouveaux designs pour les dispositifs photoniques dans la transmission et le traitement de l'information.”},
