Des atomes qui se comportent comme des ondes

Il y a cent ans, la physique quantique bouleversait notre compréhension de la matière : Louis de Broglie émettait l’hypothèse révolutionnaire selon laquelle toute particule élémentaire, comme les électrons, se comporte comme une onde. Confirmée expérimentalement dès 1927, cette hypothèse est à la base de la mécanique quantique. Un siècle après cette hypothèse fondatrice, la physique quantique continue de révéler des aspects inattendus.

Une équipe de recherche de l'UCLouvain - Université catholique de Louvain a récemment observé des atomes se comporter comme des ondes en traversant une feuille de graphène d'un atome d'épaisseur.

Le graphène, est une couche bidimensionnelle d’atomes de carbone. Structuré comme un tamis atomique, son réseau en nid d’abeille présente des ouvertures suffisamment grandes pour laisser passer, en théorie, de très petits atomes, comme l’hydrogène. En théorie, car à l’échelle quantique, l’espace n’est jamais réellement vide : les nuages d’électrons entourant les atomes de carbone interagissent avec l’atome incident, rendant la traversée plus complexe qu’il n’y paraît.

Cette expérience ouvre des perspectives importantes pour la science des matériaux. Les matériaux bidimensionnels jouent un rôle croissant dans de nombreux domaines de recherche, de la nanoélectronique aux capteurs, en passant par l’énergie et les technologies quantiques. En développant de nouvelles méthodes pour caractériser ces matériaux à l’échelle la plus fine, ce type de recherche contribue à poser les bases de technologies futures : dispositifs plus économes en matériaux, composants ultrafins intégrables sur des supports flexibles, etc.

Parmi les chercheuses et les chercheurs à l’origine de cette découverte figurent Benoît Hackens et Xavier Urbain, tous deux Maîtres de recherches FNRS à l'UCLouvain.

Photo : diffraction d’atomes d’hydrogène à travers une feuille de graphène d’un atome d’épaisseur : à gauche, l’image issue de l’expérience ; à droite, la prédiction théorique. Les motifs révèlent différentes orientations du réseau atomique du graphène (c) P. Guichard et al.