Excitations émergentes dans les matériaux quantiques

Quel est votre projet et en quoi consiste-t-il brièvement?

Les excitations élémentaires de matériaux quantiques présentent souvent des propriétés émergentes qui sont fondamentalement différentes des électrons à partir desquels elles sont formées. Dans ce projet, on vise à étudier des excitations émergentes dans des matériaux quantiques, en particulier des matériaux magnétiques qu’on appelle des liquides de spin.

Nous avons deux objectifs principaux :

• Développer des techniques de mesure qui permettent de mettre en évidence ces excitations et idéalement obtenir une preuve irréfutable de leur existence dans de vrais matériaux.
• Commencer à incorporer ces matériaux dans des dispositifs pour faire les premiers pas vers des applications, par exemple en information quantique.

Qui sont les membres qui composent votre équipe et quelles expertises apportent-ils au sein du projet?

Cinq expérimentateurs

• Jeffrey Quilliam : expert de la résonance magnétique et des systèmes magnétiques frustrés, incluant un fort intérêt pour les liquides de spin
• Bertrand Reulet : chercheur à l’interface des matériaux et information quantique qui est très fort pour développer des nouvelles techniques de mesure
• Louis Taillefer : expert en mesures de transport thermique dans les matériaux quantiques
• Eva Dupont-Ferrier : experte en information quantique, va travailler avec nous sur la détection de spins utilisant des résonateurs supraconducteurs
• Mathieu Massicotte : expert des matériaux 2D, comme le graphène

Deux théoriciens

• Ion Garate : spécialiste des phonons et des matériaux topologiques
• Stefanos Kourtis : expert en techniques numériques (des réseaux de tenseurs) qui sont très applicables à des matériaux quantiques

En quoi votre projet est-il ambitieux (en quoi diffère-t-il de vos projets habituels)?

• C’est quelque chose qu’on ne pourrait pas faire chacun de notre côté. Les nouvelles techniques qu’on veut développer nécessitent la collaboration de plusieurs profs dans différents domaines, avec des compétences diverses.
• Ça implique des manipulations difficiles.
• On vise l’interface des domaines de matériaux et information quantiques, ce qui est assez original, assez rare.

Quel est le rôle de l’Institut quantique au sein de votre projet?

L’institut nous incite à travailler ensemble, à être ambitieux, à travailler à l’interface de deux axes de l’institut (information et matériaux quantiques), à faire quelque chose qu’on ne pourrait pas faire individuellement.

Qu’est-ce que votre projet apportera à la société?

C’est un projet fondamental. Les premiers chercheurs qui essayaient de comprendre les semi-conducteurs ne savaient pas comment les utiliser pour faire un ordinateur non plus. Le développement de nouvelles technologies dépend de recherches fondamentales et, souvent, suit des découvertes de nouveaux types de matériaux. Plus concrètement, on pense qu’au long terme, les propriétés spécifiques aux excitations émergentes dans les matériaux quantiques pourraient nous permettre d’encoder de l’information quantique et ultimement faire des ordinateurs quantiques. Ici on essaie de faire les premiers pas dans cette direction en incorporant ces matériaux quantiques dans des dispositifs, par exemple dans des circuits supraconducteurs. De plus, il est important de se lancer dans ce genre de projet créatif et ambitieux et y impliquer des étudiants et postdocs, pour pouvoir former la prochaine génération de chercheurs et innovateurs canadiens.

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