23 juillet 2009
Le surf des qubits volants (II)
Ca y est, après une refonte assez importante, nous avons fini notre article sur la décohérence et la relaxation des paquets d'ondes cohérents dans les canaux de bord de l'effet Hall quantique. Il est maintenant accessible en ligne. Reste à voir ce qu'en diront les referees.
En gros, nous avons étudié un vieux problème qui est celui de la manière dont un électron injecté dans un métal perd de l'énergie du fait des interactions avec les autres électrons et le reste du monde. A priori c'est un problème vraiment très compliqué mais il existe une astuce qui permet de le traiter dans le cas d'un conducteur unidimensionnel. Et l'image que nous avons dégagée est particulièrement simple...
Ce qu'il faut comprendre, c'est que les électrons n'aiment pas être dans le même état. Du coup, dans un métal, ils remplissent les états disponibles en commençant par ceux d'énergies les plus basses. Ils forment donc une "mer" d'électrons dont la "surface" est formée par les états d'énergie la plus élevée et qui sont occupés à température nulle. Quand on monte la température, on crée des vagues qui se baladent dans tous les sens: la chaleur agite la mer... Quand on envoie une onde radio, on crée une vague à la même fréquence que l'onde.
Mais là, on rajoute un électron en plus... alors que se passe t'il ?
Eh bien c'est en fait assez simple:
- Pour une énergie assez basse, l'électron va perdre son énergie dans la limite des places disponibles. Mais qu'est ce que ça veut dire ?
Et celui que l'on rajoute a forcément une énergie supérieure et surtout ne pourra pas perdre trop d'énergie sous peine de se retrouver dans un niveau d'énergie déjà occupé par un autre électron... Donc forcément ça limite... Bref, s'il perd de l'énergie, l'électron disparait dans la petite vague qu'il a crée. Sinon il reste tel quel. Et dans les cas que nous avons considéré, il n'a que peu d'états disponibles pour perdre son énergie. Du coup, il est le plus souvent "bloqué" par la mer des autres électrons et tend à rester tel quel quand il rase la surface de la mer.
- Pour une énergie assez élevée, l'électron surfe sur la mer constituée par les autres électrons... Celle ci se trouve agitée par le passage de l'électron supplémentaire et donc lui prend de l'énergie, mais pas assez pour amaner l'électron à avoir une énergie comparable à ses petits copains. En gros, l'électron supplémentaire reste au dessus de la vague qu'il a lui même créee: c'est le régime du surf électronique...
En fait, le premier régime se produit pratiquement tout le temps. Mais ce n'est pas le cas du second. Parfois, les interactions entre les électrons et le reste du monde sont foutues de telle sorte qu'elles tendent à vraiment faire perdre beaucoup d'énergie à l'électron. Et du coup, plus de surf party... Dans ce cas, l'électron supplémentaire finit toujours par couler dans la mer des autres électrons. Et il a donc un temps de vie fini, même à très haute énergie.
Et dans certaines situations, c'est ce qui se produit. Mais ca c'est une autre histoire... que je vous raconterai une autre fois.
PS: A défaut d'un film d'électron en train de surfer, j'ai trouvé cette jolie image extraite de l'excellent film Les rois de la glisse.
