Un outil révolutionnaire marque le début d’une nouvelle ère dans la recherche sur les matériaux quantiques

Un outil révolutionnaire marque le début d’une nouvelle ère dans la recherche sur les matériaux quantiques 

Le professeur Fabio Boschini et ses collègues de l’Université de la Colombie-Britannique mettent en lumière la technique de photoémission TR-ARPES.  

La recherche sur les matériaux quantiques ouvre la voie à des découvertes révolutionnaires à l’avant-garde de la science et pourrait conduire à des avancées technologiques qui changeront le fonctionnement d’industries telles que l’exploitation minière, l’énergie, les transports et les technologies médicales. 

Une technique appelée photoémission résolue en temps et en angle (TR-ARPES) s’est révélée être un outil puissant qui permet aux scientifiques d’étudier l’équilibre et la dynamique de matériaux quantiques par le biais de l’interaction entre la lumière et la matière. 

Un récent article du professeur Fabio Boschini de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) et de ses collègues Marta Zonno du Centre canadien de rayonnement synchrotron (CCRS) et Andrea Damascelli de l’Institut Stewart-Blusson sur la matière quantique (SBQMI) de l’Université de la Colombie-Britannique, démontre que la photoémission résolue en temps et en angle est rapidement devenue une technique efficace au cours des vingt dernières années. L’article a été publié dans Review of Modern Physics, la plus importante revue de physique au monde. 

« TR-ARPES est une technique efficace non seulement pour la recherche fondamentale, mais aussi pour la définition des propriétés hors équilibre des matériaux quantiques en vue d’applications futures », lance le professeur Boschini, chercheur en spectroscopies ultrarapides de matière condensée au Centre Energie Matériaux Télécommunications de l’INRS.   

Un outil révolutionnaire dans la recherche sur les matériaux quantiques  

Le nouveau manuscrit contient une analyse complète des recherches entreprises à l’aide de TR-ARPES et de l’évolution constante de l’importance de la technique dans l’étude de la dynamique des électrons induite par la lumière et des changements de phase pour une large gamme de matériaux quantiques. 

« La communauté scientifique étudie présentement de nouvelles manières de contrôler les propriétés électroniques et  magnétiques ainsi que les phénomènes de transport des matériaux quantiques. L’une d’entre elles est d’utiliser l’interaction entre la lumière et la matière, qui devrait permettre de bien contrôler les propriétés des matériaux quantiques sur des périodes ultrarapides », explique le professeur Boschini, également chercheur affilié à l’Institut quantique Stewart Blusson. « TR-ARPES est la technique idéale pour ça car elle permet de comprendre directement comment l’excitation par la lumière modifie les états électroniques en matière de temps, d’énergie et de quantité de mouvement.» 

« La technique TR-ARPES marque le début d’une nouvelle ère dans la recherche sur les matériaux quantiques. Elle nous permet de “frapper le système” pour étudier sa réaction et de briser l’équilibre des matériaux pour découvrir leurs propriétés cachées », ajoute Andrea Damascelli, directrice scientifique de l’Institut quantique Stewart Blusson. 

La collaboration au cœur du succès de TR ARPES 

En combinant les domaines de la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES) de la matière condensée et des lasers ultrarapides (photonique), la technologie TR ARPES favorise la  collaboration entre les équipes de recherche. La technique doit une grande partie de son succès aux considérables progrès réalisés dans l’élaboration de nouvelles sources à laser capables de produire de la lumière avec des caractéristiques précises.  

À cet égard, le professeur Boschini collabore étroitement avec le professeur François Légaré, professeur titulaire à l’INRS et expert en science et technologie des lasers ultrarapides. Ensemble, les groupes de recherche des deux chercheurs ont construit une station TR-ARPES à la fine pointe de la technologie qu’ils utilisent au Laboratoire de sources femtosecondes. La station se démarque par ses capacités uniques d’excitation intense à grande longueur d’onde. 

« Grâce au soutien de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), du ministère de l’Économie, de l’Innovation et de l’Énergie du Québec, du gouvernement du Canada, de LaserNetUS et du récent Fonds des initiatives scientifiques majeures de la FCI, nous sommes maintenant en mesure d’ouvrir la station TR-ARPES du Laboratoire de sources femtosecondes aux utilisateurs d’ici et d’ailleurs », confie le professeur Légaré, directeur du Centre EMT de l’INRS et responsable scientifique du Laboratoire de sources femtosecondes. 

Selon le professeur Boschini, TR-ARPES est désormais une technique affinée qui n’a plus à prouver son influence sur les divers domaines de la physique et de la chimie. « D’autres avancées expérimentales et théoriques, semblables à celles que nous réalisons au Laboratoire de sources femtosecondes, laissent présager des découvertes encore plus palpitantes », conclut-il.