Simuler le processus de Schwinger dans le graphène
François Filion-Gourdeau
University of Waterloo, Institut national de la recherche scientifique (INRS)
Résumé: Le processus de Schwinger est un effet de l'électrodynamique quantique (QED) par lequel des paires électron-positron sont produites dans un champ électrique constant et homogène. Ce processus a été analysé pour la première fois dans les années 30 par Sauter, Heisenberg et Euler, mais il faut attendre aux années 50 pour qu'une compréhension théorique plus exhaustive, basée sur la QED, ne soit proposée par Schwinger. En résumé, la production de paires résulte de l'interaction du champ avec les fluctuations quantiques. Lorsque le champ est assez fort, ces fluctuations (ou paires virtuelles) obtiendront assez d'énergie pour former des paires de particules réelles, qui peuvent être détectées expérimentalement. Comme ce processus est équivalent à faire traverser les électrons de la mer de Dirac par effet tunnel à travers le ''mass gap'', il y a une suppression exponentielle du taux de production de paires. En conséquence, le champ électrique requis pour étudier cet effet expérimentalement est de l'ordre de 1e16 V/m, beaucoup plus élevé que ce qui est accessible, même dans les lasers à très haute intensité. Pour cette raison, l'effet Schwinger n'a jamais eu de confirmation expérimentale.
Dans cette présentation, après un bref survol des avancées théoriques et expérimentales dans la physique des lasers à très haute intensité, je présenterai une autre approche pour étudier l'effet Schwinger. Cette dernière repose sur la dynamique ''relativiste'' des porteurs de charge dans les matériaux de Dirac comme le graphène. En effet, les quasi-particules dans le graphène sont décrites par une équation de Dirac sans masse (équation de Weyl), de façon analogue aux électrons relativistes. Il y a donc une analogie formelle entre la production de paires en QED et la génération de paires électron-trou dans les matériaux de Dirac, permettant d'utiliser le graphène comme un simulateur de QED. Après avoir décrit cette analogie, je donnerai un aperçu de nos études numériques sur la génération dynamique des paires électron-trou, incluant les effets d'interférence quantique et le contrôle optimal de pulses dans les interactions graphène-laser. Finalement, je donnerai les avantages de cette approche, mais aussi les défis expérimentaux et les limitations sous-jacentes.
Cette conférence est présentée par le RQMP Versant Nord du Département de physique de l'Université de Montréal et de Génie physique de la Polytechnique.
