2010 – Patrick Maletinsky

Patrick Maletinsky est né en 1979 à Baden, AG, et passe son enfance à Schaffhouse. Il poursuit des études de physique à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zürich (ETHZ) avec des séjours à l’Ecole Normale Supérieure de Paris et à JILA à Boulder, Colorado. Il revient à l’ETHZ pour son doctorat qu’il va faire sous la supervision du Professeur Atac Imamoglu. Il étudiera experimentalement les interactions entre les spins des électrons et des noyaux dans un système solide de dimension nulle (appelé Quantum dot ou boîte quantique). Depuis fin 2008, Patrick Maletinsky travaille comme postdoctorant dans le groupe de recherche d’Amir Yacoby à l’Université de Harvard grâce au soutien du Fonds national suisse. Il y développe des méthodes innovatrices et hypersensibles de mesures des champs magnétiques à toute petite échelle.

Schläfli Maletinsky 2010

Interaction des spins des électrons et des noyaux dans des boîtes quantiques isolées

Les interactions des spins entre les électrons et les noyaux dans les semi-conducteurs et des métaux fascinent les physiciens depuis des dizaines d’années. Le couplage de ces deux systèmes de spins aboutit souvent à une dynamique complexe de valeurs mesurées et est d’un intérêt fondamental dans la compréhension des solides correspondants.

Le doctorat de Patrick Maletinsky s’est intéressé à la question comment les connaissances actuelles sur les systèmes macroscopiques couplés des spins des électrons et des noyaux pouvaient être transposées à des systèmes plus petits, spécialement dans les systèmes d’électrons isolés, domaines peu étudiés jusqu’alors. Les boîtes quantiques ou quantum dots – piège minuscule pour un unique électron – sont des candidates idéales pour explorer cette problématique. Un résultat central de son travail de doctorat est la découverte qu’une réduction de la taille du système peut avoir comme conséquence un renforcement du couplage des spins des électrons et des noyaux, ce qui conduit à une non-linéarité marquée de la dynamique des spins des boîtes quantiques. De plus, les boîtes quantiques permettent un contrôle extraordinaire sur les paramètres importants de ka dynamique nucléaires. Il peut être montré notamment que les temps de relaxation des spins des noyaux dans les boîtes quantiques pouvaient être harmonisés grâce à des paramètres extérieurs sur plusieurs ordres de grandeurs – des millisecondes aux heures – ce qui a permis d’acquérir des connaissances fondamentales sur la physique du système des spins des noyaux dans les boîtes quantiques.

Les résultats obtenus apportent une contribution sur les possibilités d’utilisation des spins des électrons dans les solides comme enregistreurs quantiques d’information. Cette approche visant à la réalisation d’un calculateur quantique souffre du fait que l’interaction des spins des électrons et des noyaux peut effacer l’information quantique stockée par l’électron. Une meilleure connaissance du comportement du spin d’un noyau dans les boîtes quantiques pourrait aider dans le futur à contourner cette limitation.

Figure: Charge liée à la relaxation du spin du noyau dans une boîte quantique: Une Gatespannung tension définit l’effet de charge d’une boîte quantique (cf. légende sur la figure) et influence ainsi fortement la dynamique du spin du noyau. Un électron non-couplé conduit à une relaxation du spin du noyau rapide et puissante en l’espace de quelques millisecondes. Dans une boîte quantique vide ou doublement occupée en revanche, les spins des noyaux se relaxent en l’espace de quelques heures seulement.

Le jury du Prix A.F. Schläfli 2010 était composé des membres suivants: Prof. Hans-Rudolf Ott, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (président du jury) ; Prof. Gianni Blatter, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich ; Prof. Tobias Kippenberg, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ; Prof. Vladimir Gritsver, Université de Fribourg ; Prof. Nicolas Gisin, Université de Genève ; Prof. Christian Schönenberger, Université de Bâle. Le thème du concours 2010 était « Quantum Science and Technology ».

Schläfli 2010 Maletinsky recherche
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