Matière quantique et topologique

L’exploration des nouveaux états électroniques ou de spin constitue un des fondements très amont de la matière quantique qui préparent les applications de demain, souvent imprédictibles. La supraconductivité à haute température critique dont l’interprétation résiste au temps, les phases exotiques telles que les liquides de spin quantiques, les matériaux multiferroïques, les gaz d’électrons 2D à l’interface d’oxydes, ainsi que les nouvelles propriétés induites par la topologie et le couplage spin-orbite sont explorés à l’université Paris-Saclay aussi bien au niveau théorique qu’expérimental avec une large palette d’expertises (diffraction de rayons X utilisant le rayonnement synchrotron ou de neutrons, ARPES, RMN, µSR, transport, magnétométrie, etc.). La présence sur le plateau de Saclay de grands instruments tel que le synchrotron Soleil est un atout exceptionnel pour mener cette exploration.

De nouveaux concepts fondamentaux ont aussi émergé aux échelles submicroniques de la matière condensée, s’appuyant sur la maîtrise des techniques de nanofabrication. Il s’agit de comprendre et de décrire théoriquement le transport électronique et thermique dans les circuits dits mésoscopiques où le comportement des électrons est déterminé par la cohérence quantique de leur fonction d’onde. Ces travaux ont permis de progresser sur les problèmes reliés à la réalisation de mesures permettant la manipulation rapide d’états quantiques dans ces circuits en préservant leur cohérence. De nouveaux types d’atomes artificiels voient le jour en exploitant les propriétés et la flexibilité de nouveaux matériaux nanostructurés comme les boites quantiques semiconductrices ou supraconductrices ainsi que les nanotubes de carbone, le graphène, les isolants topologiques etc..promettant une grande versatilité dans leur exploitation pour la création et la manipulation d’états quantiques complexes.