DYMESYS — Etude de la dynamique en temps réel de systèmes mésoscopiques fortement corrélés.

Les développements récents dans la fabrication et la manière d’opérer des systèmes nanoélectroniques de quelques centaines d’Angstrœm voire moins, sont susceptibles d’affecter les technologies futures et de servir de brique élémentaire pour le stockage de l’information, le calcul quantique ou la manipulation de spin. Comprendre comment ces systèmes nanométriques opèrent représente un défi majeur pour la physique théorique et expérimentale. Pour atteindre ce but, il apparaît d’abord nécessaire d’appréhender les mécanismes fondamentaux qui gouvernent leur comportement and donc de développer une théorie précise du transport et des corrélations à l’échelle atomique et dans les systèmes mésoscopiques. Plus spécifiquement, afin de trouver des méthodes efficaces pour manipuler et contrôler les courants de spin, nous devons connaitre les processus microscopiques qui mènent à la relaxation et à la décohérence de spin ainsi que le rôle joué par les interactions. Dans ce projet, notre objectif est de comprendre le transport en dehors de l’équilibre dans les systèmes mésoscopiques corrélés. Pour atteindre ce but, nous nous proposons d’utiliser l’expertise de deux partenaires de recherche. Le premier, le laboratoire de physique des solides à Orsay, comprend deux équipes, l’une théorique dirigée par Pascal Simon l’autres expérimentale dirigés par Richard Deblock. Le deuxième partenaire, l’université d’Oradea en Roumanie comprend une équipe théorique dirigée par Catalin Pascu Moca. Nous prévoyons d’étudier le transport loin de l’équilibre dans les systèmes mésoscopiques en présence d’interactions fortes en combinant des méthodes puissantes de théorie quantiques des champs et d’analyse numérique avec une approche expérimentale permettant de tester les prédictions théoriques. Nos groupes de recherche vont développer de nouvelles méthodes théoriques pour appréhender le transport de charge et de spin loin de l’équilibre dans ces systèmes nanométriques. Plus précisément, nous planifions de construire une approche de groupe renormalisation en temps réel et de l’utiliser pour analyser le comportement en fréquence de diverses quantités physiques caractérisant le transport en dehors de l’équilibre. Nous avons entre-autres en tête une analyse détaillée de la conductance ac de spin et de charge, des processus de diffusion, des processus de relaxation et bien d’autres propriétés de transport. Nous allons aussi étudier le problème du «quench» quantique dans les systèmes corrélés de type Kondo, c’est-à-dire l’implication sur le transport et les fonctions de réponse d’une variation brutale d’un des paramètres de l’hamiltonien. Pour atteindre cet objectif, nous comptons porter un projet ambitieux en étendant notre code actuel de groupe de renormalisation numérique, le code «Flexible-DMNRG», en incorporant les processus dépendant du temps. Sur le plan expérimental, nous planifions la fabrication de détecteurs quantiques pour les mesures du bruit à fréquence finie dans les boîtes quantiques en régime Kondo fabriquées à partir de nanotube de carbone. Le problème du «quench» quantique sera également analysé expérimentalement à l’aide de sondes de tension pulsées. Cela nous permettra d’enregistrer différentes quantités comme la conductance ou le bruit après une variation subite d’un des paramètres du système. Nous pensons que notre approche est optimale pour attaquer ces problèmes de dynamique en temps réel et que la complémentarité entre théorie et expérience est une des forces du présent projet. Plus précisément, les avancées expérimentales motiveront et guideront les développements théoriques tout au long de ce projet.