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Un laboratoire de l’X financé par la prestigieuse fondation Simons

La fondation Simons a attribué, le 24 juillet 2018, la somme de 8 millions de dollars à un groupe international de dix chercheurs porteurs d’un projet sur la localisation des ondes. Parmi eux, Marcel Filoche et Claude Weisbuch du Laboratoire de physique de la matière condensée de l’X.

Le 24 juillet 2018, la Fondation Simons a annoncé l’attribution d’une bourse de 8 millions de dollars à un groupe international de 10 chercheurs travaillant sur la localisation des ondes mené par Svitlana Mayboroda, professeur de mathématiques à l’Université du Minnesota.

Marcel Filoche et Claude Weisbuch, directeurs de recherche CNRS Laboratoire de physique de la matière condensée (une UMR École polytechnique – CNRS) figurent parmi les porteurs du projet, ainsi que deux membres du corps enseignant : Alain Aspect, professeur à l’Ecole polytechnique et à l’Institut d’Optique, et Yves Meyer, ancien professeur de mathématiques à l’Ecole polytechnique et chercheur au CMLA de l’ENS Paris Saclay.

Prédire la localisation des ondes

La fondation Simons, co-fondée à New York par Jim et Marylin Simons, a pour but de soutenir la recherche fondamentale ou à visée applicative, en mathématiques et physique théorique. Ce financement, attribué pour quatre ans (avec une possible extension à sept ans), vise à financer des recherches menées dans des domaines où des questions essentielles demeurent ouvertes, et qui sont sur le point de connaître des évolutions majeures.

Les 10 porteurs de cette collaboration, cinq mathématiciens et cinq physiciens de premier plan, s’attèlent ainsi à un objectif très ambitieux : comprendre, prédire et maîtriser la localisation des ondes dans des structures complexes et désordonnées.

Cette problématique universelle s’applique aussi bien au comportement ondulatoire des électrons dans des semi-conducteurs dont l’alliage est désordonné, que dans les atomes froids où l’onde quantique est localisée par un champ de lumière aléatoire. En effet, le désordre présent à l’échelle microscopique, lorsqu’il est suffisamment important, peut empêcher la propagation des ondes et aller jusqu’à les confiner complètement dans une région très limitée de l’espace. On parle alors de localisation.

Des applications dans le domaine quantique

Une théorie mathématique récente, dite du « paysage de localisation », développée par plusieurs des participants au projet, éclaire d’un jour totalement nouveau ce phénomène. « Ce paysage de localisation des ondes détermine les régions dans lesquelles l’onde stationnaire va se concentrer en fonction des caractéristiques du milieu, indique Marcel Filoche, et prédit également les énergies des ondes localisées et leur densité d’états. Notre objectif est maintenant de prédire puis, à terme, de contrôler la localisation et la diffusion des ondes dans des milieux complexes ».

Ces travaux devraient notamment permettre d’accéder à une connaissance fine du comportement à l’échelle quantique des diodes électroluminescentes (LEDs et OLEDs). « Nous avons la théorie de départ qu’il nous reste à développer et à étendre dans la vastitude de domaines où elle pourra s’appliquer : des atomes froids aux LEDs, des systèmes moléculaires aux cellules solaires organiques », précise Marcel Filoche.

Les dix chercheurs membres du projet sont :

  • Douglas Arnold, University of Minnesota, USA
  • Alain Aspect, Institut d'Optique, France
  • Guy David, Université Paris-Sud, France
  • Marcel Filoche, École polytechnique, France
  • Richard Friend, University of Cambridge, England
  • David Jerison, Massachusetts Institute of Technology, USA
  • Svitlana Mayboroda, University of Minnesota, USA
  • Yves Meyer, ENS-Paris Saclay, France
  • Jim Speck, University of California Santa Barbara, USA
  • Claude Weisbuch, École Polytechnique, France, et University of California Santa Barbara, USA

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> Site de la fondation Simons