La transition métal-isolant d’Anderson observée avec des ondes de matière

5 mai 2009

Dans un matériau conducteur, les imperfections de la structure cristalline perturbent le déplacement des électrons, et sont à l’origine de la résistance électrique. Pour avoir étudié ce phénomène et montré que le désordre pouvait même rendre le milieu isolant, le physicien Phillip Anderson reçut le prix Nobel en 1977. L’arrêt de tout mouvement par un désordre suffisant a récemment été observé expérimentalement à une dimension pour des ondes de matière, et à trois dimensions pour des ondes acoustiques. Encore fallait-il observer comment l’augmentation du désordre conduit à une augmentation progressive de la résistivité et, à partir d’un certain seuil, à la transition métal-isolant. C’est ce qu’a réalisé une équipe du Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules de l’Université Lille 1, en collaboration avec des théoriciens du Laboratoire Kastler Brossel de Paris.

Puisqu’il est très difficile de contrôler le désordre d’un cristal, et encore plus de le faire varier, les physiciens du laboratoire PhLAM ont réalisé une expérience analogue avec des atomes refroidis par laser. Placés dans un réseau lumineux pulsé, analogue d’un cristal imparfait, les atomes froids ont un comportement semblable à celui des électrons dans un solide. En modifiant les propriétés des impulsions laser, les physiciens ont fait croître le degré de désordre de leur « cristal lumineux ». Ils ont alors non seulement observé - avec une précision bien meilleure que ce qui a pu être obtenu sur des « vrais » cristaux - la transition attendue, mais ils ont de plus mesuré les caractéristiques du mouvement des atomes de part et d’autre de cette transition. Cette expérience a en particulier permis de mesurer pour la première fois l’ « exposant critique » de la transition, une grandeur physique caractéristique du phénomène dont la valeur précise n’est pas connue dans l’état actuel de la théorie, et n’est accessible que par des simulations numériques délicates. Le bon accord entre simulation numérique et expérience valide l’équivalence entre la situation expérimentale atomes froids+laser pulsé et celle d’électrons dans un cristal imparfait. Les chercheurs s’attaquent maintenant à l’étude de cette transition dans de nouveaux régimes pour lesquels l’analyse théorique et les simulations numériques donnent encore des résultats controversés.

En savoir plus

Experimental Observation of the Anderson Metal-Insulator Transition with Atomic MatterWaves, Julien Chabé, Gabriel Lemarié, Benoît Grémaud, Dominique Delande, Pascal Szriftgiser, and Jean Claude Garreau, PRL 255702 (2008).

Auteurs

Julien Chabé¹ (doctorant), Gabriel Lemarié² (doctorant), Benoît Grémaud,² (chercheur), Dominique Delande² (chercheur), Pascal Szriftgiser¹ (chercheur) et Jean Claude Garreau¹ (chercheur)