Matériaux quantiques

Les technologies modernes, dans tous les domaines (information, communications, médecine, etc.) reposent sur les propriétés des matériaux à l'échelle atomique, que ce soient des métaux, des semi-conducteurs, des aimants ou des supraconducteurs. Ces propriétés vont au-delà de celles des atomes dont ces matériaux sont constitués. De même que la structure de ces atomes doit être comprise à l'aide de la physique quantique, ces propriétés souvent inusitées doivent être comprises à l'aide des lois de la physique quantique en tenant compte des interactions d'un grand nombre d'atomes. On appelle « matériaux quantiques » ces matériaux dont les propriétés inusitées (par exemple la supraconductivité) ne peuvent être comprises par des modèles simples ne faisant intervenir qu'un atome ou qu'un électron à la fois, mais qui requièrent une prise en compte des effets « collectifs » d'un grand nombre d'électrons en interaction constante.

Les supraconducteurs, qui perdent toute résistance électrique à basse température, sont l'exemple le plus frappant de matériau quantique. Les aimants de toutes sortes (ferroaimants, antiferroaimants, etc.) en sont aussi. Certains matériaux sont même isolants en volume, mais conducteurs en surface, avec une robustesse de comportement attribuable à des propriétés « topologiques ». On peut également fabriquer des matériaux « artificiels », couche d'atomes par couche d'atomes, dont les propriétés inusitées seraient configurables ou mises à profit dans des dispositifs électroniques.

Le département de physique abrite des laboratoires mondialement reconnus consacrés à l'étude des matériaux quantiques. Des physiciens expérimentateurs y soumettent des matériaux à des conditions extrêmes de température, de champ magnétique, de pression, afin de révéler le comportement collectif des électrons qui déterminent leurs propriétés et leurs applications. Des physiciens théoriciens utilisent des superordinateurs afin de prédire ou d'expliquer ces propriétés à partir de modèles simples de ces matériaux.

Chercheurs

Claude Bourbonnais (page personnelle)
Physique théorique des conducteurs moléculaires de basse dimensionnalité

René Côté (page personnelle)
Théorie du gaz d'électrons bidimensionnel dans les microstructures quantiques et le graphène

Patrick Fournier (page personnelle)
Croissance et propriétés de couches minces et hétérostructures de nouveaux matériaux. Supraconductivité. Magnétisme. Multiferroïques. Effet magnétocalorique.

Ion Garate (page personnelle)
Modélisation théorique des matériaux topologiques avec l’objectif de prédire de nouveaux phénomènes physiques et de concevoir de nouveaux dispositifs pour la spintronique et l’informatique quantique.

Denis Morris (page personnelle)
Spectroscopie optique résolue dans le temps. Dispositifs térahertz. Dynamique des porteurs de charge dans les nanostructures semiconductrices.

Jeffrey Quilliam (page personnelle)
Matériaux magnétiques frustrés. Résonance magnétique nucléaire.

David Sénéchal (page personnelle)
Méthodes numériques pour les modèles d’électrons en interaction. Applications aux supraconducteurs et à d’autres matériaux.

Louis Taillefer (page personnelle)
Supraconducteurs et matériaux topologiques. Mesures à très basses températures, champs magnétiques intenses, et hautes pressions. 

André-Marie Tremblay (page personnelle)
Applications et développements de la théorie quantique des matériaux. Supraconductivité et autres phénomènes collectifs.