Le courant fait naître les harmoniques interdites express
Quand on pince une corde de guitare exactement en son milieu, elle ne produit que des harmoniques impaires. La même règle s'applique aux cristaux symétriques : lorsque la lumière arrache des électrons, leur rayonnement ne contient que des harmoniques impaires. Mais des physiciens ont trouvé un moyen de contourner cette interdiction. Et sans déplacer le moindre atome.
Le secret, c’est le courant électrique. Si l’on fait passer un courant dans ce même cristal, le nuage électronique se déforme, et la symétrie est rompue. Pour analyser ce phénomène, les scientifiques ont utilisé la modélisation stochastique, qui suit les sauts aléatoires des électrons entre atomes sous l’effet des contacts.
L’expérience a été réalisée sur une chaîne d’atomes avec des liaisons alternées (modèle SSH), connectée à deux réservoirs ayant des densités électroniques différentes. Un courant continu s’est établi, et le système est passé dans un état hors équilibre. Bien que le cristal lui-même soit resté symétrique, la distribution des électrons est devenue asymétrique. En conséquence, des harmoniques paires sont apparues dans le rayonnement.
Cette découverte fournit un nouvel outil pour la spectroscopie ultrarapide, une méthode qui détermine les propriétés de la matière par son spectre d’émission. Désormais, en mesurant la photométrie (luminosité) des harmoniques paires, on peut surveiller les courants dans les puces quantiques avec une précision de l’ordre de la picoseconde — et sans interférer avec leur fonctionnement. (Une picoseconde est à une seconde ce qu’un jour est à trente mille ans.)
L’interdiction des harmoniques paires dans les systèmes symétriques a tenu près d’un siècle — depuis les débuts de la mécanique quantique. Ce résultat montre qu’un courant hors équilibre peut briser la symétrie sans déplacer le moindre atome.