Contrairement aux fermions et aux bosons, les anyons sont des quasiparticules qui gardent une mémoire des échanges entre particules via une phase de tressage non triviale. Les premières preuves récentes de la statistique fractionnaire des anyons ouvrent de nouvelles perspectives sur leurs propriétés physiques, qui restent largement inexplorées. Cette étude, menée conjointement par des chercheurs du LPENS, du CPT à Marseille et du C2N à Palaiseau, explore l’influence du tressage des anyons sur leurs propriétés dynamiques. L’émission déclenchée d’une impulsion anyonique de charge e/3 et de largeur temporelle d’environ 100 ps à l’entrée d’un contact ponctuel quantique (CPQ, voir figure) permet la mesure du temps caractéristique de transfert des anyons par effet tunnel d’un bord à l’autre de l’échantillon.

L’interférométrie Hong-Ou-Mandel joue un rôle crucial dans cette étude, permettant d’accéder à la dynamique temporelle sur une échelle de temps aussi courte. Cette technique consiste à émettre une deuxième impulsion anyonique après un délai temporel variable, contrôlé avec une précision de 10 ps. Les mesures des corrélations des fluctuations du courant électrique en fonction du délai temporel entre les deux impulsions permettent de sonder directement le temps caractéristique tunnel.

Les résultats révèlent un effet spectaculaire du tressage des anyons sur la dynamique tunnel, conduisant à une augmentation du temps tunnel caractéristique. Il est alors déterminé par la décroissance temporelle de la fonction de corrélation des anyons, qui peut être comprise comme la durée pendant laquelle la mémoire des anyons est effacée. Il augmente lorsque la température et la dimension d’échelle, qui caractérisent la dynamique au bord d’un fluide de Hall quantique fractionnaire, diminuent. Lorsqu’un pulse électronique (de charge e) est émis à l’entrée du CPQ, la phase de tressage est triviale et les effets de mémoire sont supprimés. Le temps caractéristique tunnel est alors déterminé par la largeur temporelle du pulse électronique, comme attendu naïvement. Cette étude illustre l’influence du tressage des anyons sur leurs propriétés physiques (et notamment leur dynamique). Elle ouvre également de nouvelles voies pour caractériser les propriétés exotiques des excitations anyoniques.

Dynamique tunnel des électrons et des anyons. Un générateur émet une impulsion anyonique (orange) se propageant vers le CPQ (or). Le tressage des anyons conduit à l’effet tunnel d’une paire anyon-antianyon (a-aa, bleue) longtemps après que l’impulsion anyonique a quitté le CPQ. Pour l’émission d’électrons (vert), l’effet tunnel se produit immédiatement après que l’électron a traversé le CPQ. Par conséquent, le courant tunnel décroît rapidement pour les électrons et lentement pour les anyons

 

 

 

En savoir plus :
M. Ruelle et al., Time-domain braiding of anyons, Science 389, eadm7695 (2025)

Informations complémentaires :
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)

Auteurs correspondants : Gwendal Fève et Gerbold Ménard
Contact communication : L’équipe de communication