Projet ANR-14-ACHN-0031 – TopoDyn : Propriétés topologiques de systèmes dynamiques quantiques périodiquement forcés
Programme : Accueil de Chercheurs de Haut Niveau (@RAction) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Pierre Delplace (Laboratoire de Physique / ENS de Lyon)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 361199.0 euros
Durée : 60 mois
Résumé : Les phases topologiques dans les solides sont des états de la matière remarquables qui exhibent des propriétés saisissantes. Dans de telles phases, les matériaux sont isolants de bande en volume mais développent de robustes états métalliques exotiques sur leur surface. L'effet Hall quantique, découvert en 1980, constitue l'exemple historique de telles phases. Il est de nos jours utilisé en métrologie, et sert de point de départ au développement d'une nouvelle électronique basée sur des guides d'ondes électroniques.
Le but de ce projet est d'explorer et de caractériser de nouvelles phases topologiques hors-équilibre dont les propriétés de transport pourront servir à définir une nouvelle électronique haute fréquence. En effet, certains matériaux soumis à une excitation haut fréquence appropriée peuvent manifester des propriétés topologiques analogues à celles de l'effet Hall quantique. La motivation soutenant ce projet est double. D'une part, la possible conception de dispositifs utilisant des propriétés de transport haute fréquence déterminées par des modes de bord électroniques (ou photoniques) topologiquement protégés; d'autre part, d'explorer à un niveau fondamental l'interface entre physique topologique et des phénomènes dynamiques hors-équilibres. Des problèmes fondamentaux, des questions physiques cruciales et des défis pratiques sont identifiés et abordés dans ce projet afin de satisfaire ces objectifs et de définir ainsi une nouvelle électronique topologique hors-équilibre à haute fréquence.
S'appuyant sur des travaux récents, dont ceux du porteur, Pierre Delplace, ce projet ambitionne de développer des outils pour caractériser les propriétés topologiques de systèmes forcés périodiquement et d'identifier leurs signatures physiques. La recherche de ces états dynamiques dans les systèmes électroniques est un défis stimulant avec un impact technologique prometteur en nano-électronique haute fréquence. Le développement de nouvelles techniques théoriques et numériques pour caractériser les propriétés de transport hors-équilibre dans des systèmes mésoscopiques forcés en géométrie muli-terminaux est une priorité de ce projet. La conception d'une nouvelle approche numérique de diffusion quantique hors-équilibre permettra d'établir des prédictions de signatures claires de ces états topologiques, notamment dans des systèmes réalistes soumis à de la dissipation. 
Alternativement, la réalisation de ces nouvelles phases dynamiques sera considérée dans d'autres systèmes physiques tels que les atomes froids piégés dans des réseaux optiques ou les cristaux artificiels micro-ondes récemment créés. Cette direction, motivée par les avancées récentes dans ces domaines de recherche, va apporter un complément indispensable à la compréhension des mécanismes fondamentaux et des concepts généraux sous-jacents intervenant dans ces phénomènes physiques.
L'utilisation des nouveaux outils et modèles développés dans ce projet permettront les premières réalisations expérimentales de phases topologiques dynamiques dans les systèmes mésoscopiques électroniques. À ce jour, les matériaux proches d'une transition topologiques, telles que le graphène ou les puits quantiques de tellurure de mercure. constituent de possible candidats pour l'implémentation de phases topologiques dynamiques en matière condensée. Les avancées finales de ce projet seront conduites en collaboration avec des équipes expérimentales déjà intéressées par ce projet (ENS Paris, Univ. Montpellier pour les systèmes électroniques forcés et Univ. Nice pour les cristaux micro-ondes forcés).