Contrôle par la lumière des phénomènes émergents dans les matériaux de van der Waals – LIGHT-DRIVE

La compréhension et le contrôle des phases émergentes dans les systèmes de basse dimension est un défi majeur en physique de la matière condensée. Les matériaux de van der Waals (vdW), formés de couches atomiquement minces, représentent une plateforme privilégiée pour relever ce défi. Leur structure, maintenue par de faibles forces intercouches, permet d’accéder à des phénomènes quantiques uniques tels que le magnétisme, les ondes de densité de charge (CDW) et la supraconductivité dans la limite bidimensionnelle (2D). La nature fragile de ces phases, gouvernée par la présence des fluctuations accrues, offre une possibilité exceptionnelle de modulation par des contrôles externes. Néanmoins, les méthodes conventionnelles, telles que l’application de tension électrique ou de pression, présentent des limitations inhérentes à la rapidité de commutation des phases et à la sélectivité pour des phases spécifiques.

Le projet LIGHT-DRIVE vise à surmonter ces limitations en utilisant des techniques basées sur le laser pour induire des transitions de phase de la manière la moins dissipative et la plus rapide. L’approche repose sur l’excitation sélective de modes de basse énergie tels que les phonons, magnons et modes d’amplitude des phases ordonnées afin d’atteindre des régimes non linéaires dans les matériaux vdW. Le projet vise également à révéler les relations complexes de cause à effet entre les électrons, les spins et les phonons en mettant en lumière leurs interactions mutuelles. LIGHT-DRIVE se concentre sur deux classes de matériaux clés : les aimants 2D, où le magnétisme est stabilisé par l’anisotropie, et les CDWs en couches présentant des phases électroniques concurrentes. Les principaux objectifs sont les suivants : i) La lumière peut-elle modifier les états magnétiques des aimants 2D ? ii) La lumière peut-elle initier efficacement un couplage dynamique croisé entre les magnons et les phonons à la limite 2D ? iii) Pouvons-nous remodeler le paysage de l'énergie libre en pilotant la trajectoire des paramètres d'ordre dans les matériaux présentant plusieurs ordres concurrents, tels que les CDWs vdW ?

LIGHT-DRIVE cherche ainsi à ouvrir de nouvelles voies pour les transitions de phase induites par la lumière. Ces résultats auront des retombées non seulement pour l’avancement de la physique fondamentale, mais également pour le développement de dispositifs quantiques de nouvelle génération, tels que des éléments spintroniques ultrarapides et des composants optoélectroniques.