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Les quasiparticules fractionnaires ne naissent pas seules

Quelle que soit sa forme, une impulsion de tension ne peut pas exciter un anyon unique à partir du vide quantique. Les anyons sont des quasiparticules fractionnaires, des objets fascinants dont la charge est une fraction de la charge élémentaire de l’électron, et dont la statistique est intermédiaire entre celle des fermions et celle des bosons. Ils forment la brique de base de l’effet Hall quantique fractionnaire. Cet effet, objet du prix Nobel 1998, s’observe dans des nano-structures bi-dimensionnelles semiconductrices (comme celles de votre téléphone portable !) placées sous fort champ magnétique et à très basse température, proche du zéro absolu. Afin d’explorer leurs propriétés, il est naturel de vouloir créer et manipuler des anyons individuels, mais notre travail montre que ce n’est pas si simple…

Alors qu’il est possible d’exciter des électrons uniques dans un métal, nous montrons, par des scénarios inspirés de l’optique quantique, que l’état fortement corrélé que constitue l’effet Hall quantique fractionnaire implique qu’une impulsion de tension « remue » toujours le vide vigoureusement : un grand nombre de telles excitations sont produites au lieu d’en générer une seule. En choisissant l’impulsion de tension de manière optimale, il est possible de minimiser le nombre d’anyons, mais cela revient à émettre un nombre entier d’électrons et pas un anyon unique ! Les quasiparticules fractionnaires ne peuvent donc jamais être générées en tant qu’objet individuel par l’action d’une impulsion de tension, une propriété qui rend notre compréhension de ces excitations non-triviales encore plus difficile et stimulante.

Minimal Excitations in the Fractional Quantum Hall Regime
J. Rech, D. Ferraro, T. Jonckheere, L. Vannucci, M. Sassetti, and T. Martin
Phys. Rev. Lett. 118, 076801 – Published 13 February 2017

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.076801

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