Des chimistes de Columbia améliorent le microscope stroboSCAT pour suivre des particules quantiques uniques
Une méthode de cyclage d'intensité permet aux chercheurs d'isoler des électrons et des quasiparticules individuels se déplaçant dans des semi-conducteurs bidimensionnels
Le chimiste Milan Delor et l'étudiant de troisième cycle Jack Tulyag, de l'université Columbia, ont amélioré un instrument d'imagerie optique appelé stroboSCAT afin d'observer en temps réel des porteurs d'énergie quantiques individuels. Décrit dans un article publié dans Nature Materials, le système amélioré filtre le bruit de mesure en faisant varier cycliquement l'intensité des lasers, ce qui permet d'isoler des électrons uniques se déplaçant dans des semi-conducteurs bidimensionnels.
Faire varier l'intensité lumineuse pour isoler des charges individuelles
Le dernier instrument stroboSCAT, une innovation majeure en imagerie nanométrique, s'appuie sur des impulsions lumineuses stroboscopiques pour filmer la manière dont l'énergie se propage dans les matériaux solides. Le chimiste et inventeur Milan Delor a développé ce microscope en 2019, alors qu'il était chercheur postdoctoral auprès de Naomi Ginsberg à l'université de Californie à Berkeley, comme l'a rapporté Phys.org. Au fil des années, le laboratoire Delor, à Columbia, a amélioré sa résolution temporelle jusqu'à la femtoseconde et sa précision spatiale jusqu'à quelques nanomètres, suivant des entités allant des électrons aux quasiparticules neutres comme les excitons et les phonons. Les versions précédentes exigeaient de fortes densités de porteurs, ce qui faisait disparaître les particules individuelles dans le bruit de fond à mesure qu'elles se dispersaient dans l'échantillon.
« C'est une percée pour moi. Nous pouvons obtenir des informations sur le transport sans nous soucier des artefacts liés aux interactions à plusieurs corps. »
— Milan Delor, chimiste à l'université Columbia
Une solution adaptée de la spectroscopie
Pour résoudre le problème du bruit, l'équipe a adapté une approche spectroscopique initialement introduite par des chercheurs de l'université de Würzburg et de l'université d'Ottawa. Alors que la méthode originale collectait des données spectroscopiques sans détails spatiaux, Delor et Tulyag ont appliqué le concept à l'imagerie spatiale en modulant l'intensité lumineuse utilisée pour stimuler le matériau. Ce cyclage permet au système de distinguer des états quantiques uniques des interactions collectives entre particules lorsqu'elles se déplacent dans l'espace réel, comme le détaille Phys.org. Cette invention élimine les interférences dues aux artefacts à plusieurs corps, ce qui permet aux chercheurs d'enregistrer des mesures de transport propres dans un semi-conducteur 2D.
Cartographier les défauts et des plans d'instrument en accès libre
Au-delà de l'observation de particules uniques, la technique actualisée peut isoler des dynamiques multi-particules, y compris des interactions à deux et à trois particules. Les chercheurs l'ont démontré en cartographiant la manière dont les défauts cristallins modifient les propriétés électroniques locales des matériaux 2D et en suivant les transitions de phase induites par la lumière dans un solide superatomique. Plutôt que de déposer un brevet ou de restreindre la propriété intellectuelle, Delor a confirmé à Phys.org que le groupe distribue les plans et le logiciel d'exploitation du microscope afin de favoriser une adoption plus large dans les laboratoires. Ensuite, l'équipe de Columbia prévoit d'étudier les paires de Cooper, les électrons appariés responsables de la supraconductivité, ainsi que les condensats quantiques macroscopiques.
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Traduit automatiquement de l’original en anglais. Lire l’original
