Effet tunnel visible en couleur
L'un des effets les plus connus de la physique quantique, l'effet tunnel, a pu être quantifié avec une grande précision dans une expérience lumineuse. Une équipe internationale de physiciens, dont des chercheurs des centres DIPC et CFM de Gipuzkoa, a profité de l’interaction entre les électrons et la lumière pour analyser l’effet « de l’intérieur » en combinant des méthodes optiques et électriques.
Dans l'étude, outre les physiciens du Guipuscoa, ont participé les physiciens des Universités Cambridge et Paris Sud, et les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature.
-- Enquête expliquée par Aizpurua dans le programme Norko Ferrokarrilla
L'expérience a été réalisée avec deux sphères d'or nanoscopiques. Comme les sphères se rapprochent, le comportement des électrons qu'ils ont sur la surface varie. Au début, un lien entre les sphères l'une et l'autre oscillant de manière spéciale est créé. Le mode d'oscillation de chaque électron est connu par les physiciens comme plasmons. C'est alors que les physiciens ont émis de la lumière blanche dans l'espace entre les deux sphères, où la lumière rougit par effet des plasmons. La présence de lumière rouge indique donc la présence de plasmons. En bref, tout le système se comporte comme une antenne optique.
Mais là encore il n'y a pas d'effet tunnel. Pour cela, les physiciens ont rapproché encore plus les sphères. Quand ils sont à moins de 0,35 nanomètres (mais sans contact), les électrons sortent d'une sphère à l'autre. On pense qu'il serait impossible pour les électrons de sauter, car les sphères ne se touchent pas, car le potentiel électrique du trou intermédiaire ne permet pas de sauter aux électrons. Mais dans la pratique, cela se produit. C'est l'effet d'un tunnel sur le potentiel.
Dans cette expérience, quand les électrons sortent de la sphère à la sphère, la lumière change de couleur, du rouge au bleu. Ceci est dû au changement dans la distribution des charges électriques. Le nombre d'électrons dans chaque sphère varie, de sorte que les oscillations de la zone intermédiaire, les plasmons, changent également.
Les chercheurs ont appelé l’expérience «baiser quantique» parce que les deux sphères se donnent un «baiser» entre elles, échangent des électrons, quand elles sont très proches mais sans se toucher.
Les physiciens ont combiné des méthodes optiques et électriques pour mesurer avec précision l'influence de l'effet tunnel. À mesure que les sphères s'approchent, les longueurs d'onde de la lumière produite et le champ électrique du plasmon ont été mesurées, ce qui a permis d'analyser les détails de l'effet tunnel. Javier Aizpurua, chercheur du DIPC, a voulu souligner que l'expérience a été réalisée dans les conditions qui sont données dans une antenne optique, c'est-à-dire à température ambiante et pression. La valeur de cette recherche réside précisément dans la création d'un modèle très concret pour dispositifs électrooptiques sur ce qui se passe sur l'échelle des nanomètres.
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