Un voyage dans le monde de l'atome et de la molécule.

Le Weekend dernier j'ai rencontré des amis de lycée, et ils m'ont demandé ce que je suis devenu depuis le temps. J'ai répondu fièrement "Je fais une thèse en physique quantique!". Autrement dit, ils ont tout de suite changé de sujet. C'est normal on imagine une science compliquée avec des équations incompréhensibles et...C'est le cas. Mais c'est aussi une science passionnante, un voyage dans le monde de l'atome et de la molécule.

Vos smartphones par exemple, fonctionnent grâce à la mécanique quantique. Leurs circuits sont parcourus par des courants électriques,
constitués de milliards de particules en mouvement, les électrons. Parce qu'ils sont très petits, ces électrons obéissent aux lois de la mécanique quantique. C'est sachant cela que l'on a pu inventer toute l'électronique moderne. Le transistor, l'ordinateur, le smartphone. Et puis on s'est demandé, peut-on compter les électrons passant dans un circuit ?

Pour répondre à cette question, j'ai fabriqué un composant électronique très simple, une barrière à électron, constituée d'un isolant électrique plus fin qu'un millième de cheveux. Par un phénomène quantique totalement contre-intuitif, certains électrons vont traverser la barrière. C'est l'effet tunnel.

De l'autre coté, ces électrons vont provoquer de petites perturbations électriques, ainsi qu'une émission de lumière. La barrière s'illumine au passage du courant.

Je peux donc mesurer indirectement le passage des électrons, en mesurant les perturbations électriques, avec un appareil électronique appelé amplificateur. Et en mesurant la lumière émise avec un photodétecteur, une sorte de camera. Je m'attendais naïvement, à avoir deux mesures équivalentes, me donnant un même résultat. Et bien non le résultat est surprenant, les deux détecteurs ne semble pas voir le même nombre d'électrons.

Mais alors qui croire ? Lequel décrit la réalité ? Me serais-je pas totalement planté ? J'ai déprimé, et puis j'ai révisé ma physique quantique. Elle me dit que les deux détecteurs ont raison. Eux ne sont pas quantiques, ils sont trop gros. Il ne vont donner qu'une interprétation de ce phénomène. Comme deux personnes regardant un tableau d'art Abstrait. Parce que leur principe de fonctionnement est différent, leur interprétation sera différente.

De plus, la physique quantique va m'imposer une limite sur la précision de mes mesures. Et c'est bien dommage, parce que la mesure est la seule fenêtre que nous ayons nous humains, sur le monde quantique invisible des électrons.

Pour étudier d'avantage ces électrons, et inventer l’électronique de demain, je vais devoir, lors de ma thèse, en utilisant un dispositif électronique finalement assez simple, réapprendre ce que signifie réellement mesurer.

 

Pierre Février est en 1ère année de thèse au Laboratoire de Physique des Solides (Université Paris-Sud).

Il étudie "L'électrodynamique des conducteurs quantiques, photoémission d'une jonction tunnel".