Dynamique quantique dans les états topologiques de la matière – DQMT

Les progrès de la physique des matériaux et les progrès récents des techniques expérimentales ont offert l'accès à de nouveaux états quantiques de la matière ainsi qu'une précision et un contrôle sans précédent dans la préparation et la manipulation de ces états. Certains des exemples les plus intéressants de ceux-ci sont des états topologiques de la matière fortement corrélés, tels que les liquides de spin quantiques et les états Hall quantiques. Ces systèmes soulèvent des questions théoriques intrigantes et promettent de réaliser de nouvelles générations de dispositifs quantiques, par exemple des mémoires quantiques ou des capteurs quantiques aux ordinateurs quantiques universels. L'un des sujets centraux de la physique théorique moderne est le comportement éloigné de l'équilibre des systèmes à plusieurs corps en interaction, qui est à la fois d'un intérêt fondamental et pertinent pour les applications de dispositifs susmentionnées. Le comportement hors équilibre peut être étudié, par exemple, dans des expériences de transport, où l'on mesure le courant de charge en fonction de la tension appliquée, ou le courant d'énergie à travers l'échantillon en présence d'un gradient de température. De nombreuses observations intéressantes et surprenantes ont été faites récemment dans des expériences avec des états de bord de Hall quantique, et plus récemment avec des matériaux candidats liquides à spin quantique (notamment RuCl3). Dans le premier cadre, cela a permis, par exemple, d'étudier la relaxation des distributions d'électrons hors d'équilibre due aux interactions électron-électron. Dans ces expériences, on peut mesurer la relaxation électronique en mesurant les courants de charge. Cependant, dans les systèmes quantiques topologiques où les degrés de liberté effectifs sont sans charge, comme les modes neutres attendus dans certains états de bord de Hall quantique ou les fermions de Majorana dans les liquides de spin quantique, il est difficile de mesurer ces modes directement avec des sondes électriques. Le développement d'outils pour la détection et la manipulation de ces états est important d'un point de vue théorique fondamental ainsi que pour des applications potentielles dans les calculs quantiques. Dans ce projet, nous étudierons théoriquement la dynamique quantique et les phénomènes de transport dans les liquides de spin quantiques et les systèmes de Hall quantique. Au-delà des résultats établis, nous nous concentrerons sur le comportement de non-équilibre. Ce travail permettra de mieux comprendre les expériences avec les états topologiques de la matière. Notre objectif est d'étendre la phénoménologie universelle du transport quantique et de développer de nouvelles méthodes pour la physique du non-équilibre et du transport thermique dans des systèmes quantiques topologiques fortement corrélés.