Un nouveau modèle explique les tunnels quantiques
Un équipe internationale de physiciens a résolu un mystère ancien de la mécanique quantique : le phénomène invisible qui se produit dans presque toute la technologie moderne, l'effet tunnel des électrons. Cette avance a des répercussions directes sur les puces électroniques fabriquées par des entreprises comme AMD, Intel et Nvidia, qui sont actuellement les piliers de l'informatique.
La compréhension du tunnel quantique permettrait de créer de nouveaux matériaux et technologies plus rapides et plus efficaces
La recherche a été menée par Dong Eon Kim, physicien de l'Institut POSTECH en Corée, en collaboration avec l'Institut Max Planck en Allemagne. Leur étude, publiée dans Physical Review Letters, éclaire ce qui se passe exactement lorsque l'électron traverse une barrière d'énergie, phénomène qui, selon la physique classique, ne devrait pas être possible.
Le tunnel quantique décrit comment des particules comme les électrons peuvent traverser des obstacles énergétiques apparemment infranchissables. Ce phénomène est clé dans le fonctionnement des semi-conducteurs, présents dans les ordinateurs, les téléphones mobiles et autres dispositifs électroniques. De plus, il joue également un rôle important dans des processus tels que la fusion nucléaire.
Jusqu'à présent, les scientifiques comprenaient ce qui se passait avant et après ce processus, mais pas ce qui se produisait pendant le passage de l'électron à travers la barrière. Pour l'investiguer, l'équipe a utilisé des impulsions de lasers extrêmement puissantes pour propulser les électrons dans cet état de tunnel.
Le résultat a été surprenant : les électrons ne traversent pas simplement la barrière, mais interagissent avec le noyau atomique même pendant qu'ils sont à l'intérieur de celle-ci. Ce phénomène a été nommé recolisson sous la barrière. Il s'agit d'une idée qui brise avec des décennies de théorie, qui soutenait que cette interaction ne se produisait que après le sortir du tunnel.
De plus, l'étude a porté sur le phénomène de tunnel non adiabatique en champs intenses, dévoilant des comportements que les modèles précédents ne pouvaient pas expliquer. Les chercheurs ont notamment étudié les résonances de Freeman, qui se sont révélées plus influentes qu'attendu.
Les expériences ont confirmé les prévisions du nouveau modèle, montrant que les électrons peuvent gagner en énergie à l'intérieur de la barrière et se réfracter à nouveau contre le noyau, ce qui augmente significativement les niveaux d'ionisation.
Selon le professeur Kim, ce découvert permet de comprendre et de contrôler le comportement des électrons avec une précision sans précédent. Les implications sont considérables : du développement de puces plus rapides et plus efficaces jusqu'à des avancées en informatique quantique et en lasers ultra-rapides. Comprendre ce phénomène pourrait marquer le début d'une nouvelle ère technologique, où les limites actuelles de l'électronique commenceront à se laisser derrière.