L’effet Hall est connu depuis la fin du 19e siècle. Il décrit une dérive transverse du courant électrique dans un matériau très mince – qu’on peut imaginer comme une feuille de papier – sous l’effet d’un champ magnétique perpendiculaire.
Ce comportement, dit «classique», est utilisé depuis des décennies comme outil de diagnostic pour caractériser le niveau de dopage dans des matériaux ou pour mesurer précisément des champs magnétiques.
Dans les années 1980, des expériences effectuées à très basse température ont révélé que, sous des champs magnétiques très puissants, cette dérive transverse croît par paliers parfaitement définis. Ces paliers de conductivité électrique ne dépendent ni du matériau utilisé, ni de sa forme, ni même de ses défauts microscopiques; cette quantification est universelle, car elle ne dépend que de constantes fondamentales de l’Univers (la charge de l’électron et la constante de Planck). C’est l’effet Hall quantique, une découverte qui a mené aux prix Nobel de physique de 1985, 1998 et 2016.
Jusqu’ici, cet effet Hall quantique concernait le transport d’électrons, des particules chargées sensibles aux champs électriques et magnétiques. Les photons, les particules de lumière, sont électriquement neutres. Ils n’obéissent donc pas aux mêmes règles et ne réagissent pas directement aux champs. Produire un équivalent de l’effet Hall quantique avec de la lumière représentait donc un défi majeur.
C’est précisément ce qu’une équipe de recherche est parvenue à accomplir: observer une dérive transverse quantifiée pour la lumière. Autrement dit, «la lumière dérive de manière quantifiée en suivant des paliers universels comparables à ceux observés pour les électrons», explique Philippe St-Jean, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal et chercheur ayant participé à l’étude.
