Statistiques d'Anyons dans les conducteurs de Hall quantique – ANY-HALL

Les statistiques d'échange sont liées à la phase f accumulée par la fonction d'onde décrivant l'état d'un ensemble de particules indiscernables lorsque deux particules sont échangées. Dans le monde tridimensionnel, les particules se répartissent entre les bosons, pour lesquels f=0, et qui ont tendance à se regrouper, et les fermions, pour lesquels f=p et qui s'excluent mutuellement via le principe d'exclusion de Pauli. La situation est différente dans les systèmes bidimensionnels qui permettent l'existence de quasi-particules appelées anyons dont les statistiques sont intermédiaires entre les fermions et les bosons, conduisant à des degrés intermédiaires de regroupement et d'exclusion. L'existence d'anyons portant une charge fractionnaire et obéissant à des statistiques fractionnaires a été prédite dans les phases fortement corrélées de l'effet Hall quantique fractionnaire (FQH). La charge fractionnaire a été observée il y a vingt ans en mesurant le bruit de partition d'un faisceau d'anyons, proportionnel à la charge fractionnaire. Cependant, malgré de nombreuses tentatives, aucune signature directe de la statistique fractionnaire n'avait été observée jusqu'à ce que deux expériences distinctes fournissent les premières observations cette année. La première, réalisée par notre consortium, a étendu les précédentes mesures de bruit dans les géométries de collisionneurs au cas FQH dans un collisionneur d'anyons. Les mesures de fluctuations de courant à la sortie du collisionneur ont révélé la tendance des anyons à former de plus gros paquets de charge, ce qui est une signature de leur statistique d'exclusion intermédiaire. La deuxième expérience, réalisée par le groupe de Purdue, a observé des signatures de la phase d'échange dans un interféromètre à anyons.
Fort de ce succès, le projet ANY-HALL vise à étudier, expérimentalement et théoriquement, les statistiques quantiques des anyons en utilisant le collisionneur d'anyons comme banc d'essai. Plus précisément, le projet se concentrera sur la réalisation de trois objectifs différents :
Le premier objectif du projet est d'étudier quantitativement les statistiques fractionnaires des anyons pour différents ordres topologiques. Nous étudierons les collisions d'anyons pour différents facteurs de remplissage (contrôlés par le champ magnétique) correspondant à différents états FQH avec différentes statistiques (et différentes valeurs de la phase d'échange f).
Le deuxième objectif du projet est de comprendre le rôle de la décohérence et de la relaxation sur les signatures expérimentales de la statistique fractionnaire dans la géométrie du collisionneur. Nous étudierons le rôle de la température et de la relaxation qui sont connues pour être importantes dans le contexte des collisions d'électrons. Ces effets, régis par la distance entre l'émission d'anyons et le collisionneur, seront étudiés à la fois expérimentalement et théoriquement.
Le troisième objectif du projet est l'étude quantitative du régime dynamique. L'émission d'anyons sera déclenchée par des pulses de tension permettant de contrôler la synchronisation des temps d'arrivée des anyons dans le collisionneur. Nous étudierons également comment le nombre d'anyons entrant en collision peut être contrôlé en faisant varier l'amplitude des pulses de tension.

Notre consortium est construit de manière à rassembler toute l'expertise nécessaire pour aborder ces questions. Les expérimentateurs disposent du savoir-faire nécessaire pour mettre en œuvre des collisions d'anyons avec la meilleure résolution. Des spécialistes de la croissance et de la fabrication d'échantillons fabriqueront des échantillons de haute qualité avec une bonne stabilité nécessaire pour les mesures de bruit. Enfin, les théoriciens fourniront la description des collisions d'anyons lorsque la structures des canaux de bord est complexe, en capturant les effets de relaxation ainsi que les spécificités du régime dépendant du temps.