Dispositifs quantiques non-réciproques

 

Guillaume Gervais

Université McGill

 

Domaine : technologie de l'information et des communications

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Les dispositifs non-linéaires (p. ex. les transistors) et non-réciproques (p. ex. les circulateurs micro-ondes) font partie des plus importants composants des biens technologiques couramment utilisées. Tandis que les premiers sont omniprésents dans l'électronique et ses produits, les seconds sont des éléments cruciaux des technologies micro-ondes utilisées dans les tours de téléphonie cellulaire et d'autres applications comme le radar. Ces dispositifs non-réciproques peuvent être vus comme des filtres unidirectionnels et/ou routeurs qui empêchent la réflexion de puissance indésirable ou la perte d'intégrité de signal. Le principe physique sous-jacent des dispositifs non-réciproques est le couplage magnéto-optique rencontré lorsqu'une onde électromagnétique se propage dans un médium où un champ magnétique est appliqué, tel que découvert par Faraday. La plupart des applications courantes utilisent la réaction gyromagnétique d'un ferrite polarisé avec un aimant permanent qui n'est pas facilement miniaturisable et qui impose des limites de bande passante.
 
Nous proposons d'étudier l'effet Faraday Classique et quantique dans des matériaux quantiques/topologiques qui supportent la rotation de Faraday avec ou sans l'application d'un champ magnétique externe. Notre équipe rassemble l'expertise des professeurs Gervais en physique des semiconducteurs, Reulet en mesures RF/micro-ondes et Szkopek en ingénierie de dispositifs semiconducteurs afin d'accomplir un projet de recherche unique à la fois fondamental et appliqué. Notre programme de recherche, tout en restant de nature fondamentale, a un potentiel considérable de générer de la propriété intellectuelle et des opportunités de commercialisation par d'anciens étudiants, tel que fut le cas récemment avec l'établissement de ORA Graphene Audio (www.ora-sound.com), une compagnie audio établie à Montréal et basée sur une technologie brevetée du graphène (Szkopek).
 
Nos expertises complémentaires et notre accès à des plateformes de recherche expérimentale uniques accordent à notre équipe un avantage concurrentiel sur la scène internationale. La recherche sera effectuée par deux étudiants diplômés, un basé à l'Université McGill et l'autre à l'Université de Sherbrooke, et complémentée pendant l'été par deux stagiaires de premier cycle.  Notre proposition s'appuie sur des années de recherches reconnues internationalement dans le domaine de l'effet Hall quantique fractionnaire/des fluides quantiques à basses températures (Gervais), de la physique mésoscopique à hautes fréquences (Reulet) et de l'ingénierie de dispositifs de faibles dimensions (Szkopek). Des réussites passées des membres de notre équipe incluent le top 10 des découvertes de Québec Science en 2015 (Szkopek et Gervais) ainsi que le décernement du prix Étudiants-chercheurs du FQRNT à deux de nos étudiants passés, Dominique Laroche (Gervais) et Farzeneh Mahvash (Szkopek).

Ce projet est une initiative complètement nouvelle, distincte de tout effort de recherche actuel, et est une opportunité pour les membres de poursuivre un projet de recherche multidisciplinaire aux aspects fondamentaux et appliqués avec une grand potentiel de génération de connaissance et de mise en œuvre de technologie. Finalement, nous demandons seulement des fonds opérationnels pour financer principalement 2 étudiants du doctorat et 2 stagiaires d'été de premier cycle; nous avons actuellement tout l'équipement nécessaire pour mener à terme ce projet à sa finalisation réussie.