Je suis un expert des expériences pour sonder les propriétés thermodynamiques, magnétiques, et du transport dans les champs magnétiques intense et à températures très basses. Mon expertise comprend la croissance et la caractérisation des matériaux de pointe entre autres des quasi-cristaux, des isolants fortement corrélés, et des supraconducteurs , et des aimants frustrés.

Mes activités de recherche se concentrent dans l'application de la mécanique quantique pour le calcul des propriétés des matériaux. Plusieurs domaines m'intéressent, mais présentement mes travaux se concentrent sur le développement de nouveaux matériaux organiques pour des applications photovoltaïques, la compréhension des propriétés des supraconducteurs de haute température par approche ab initio, et l'étude des nanomatériaux comme les nanotubes.

J'utilise une approche théorique qui fait appel aux capacités des supercalculateurs afin de simuler les matériaux étudiés. Ces méthodes sont à la fine pointe des développements récents comme la théorie de la fonctionnelle de la densité ainsi que les méthodes basées sur la fonction de Green.

Lorsqu’un matériau semi-conducteur absorbe un photon, un électron est excité dans la bande de conduction, ce qui laisse un trou dans la bande de valence. L’interaction de Coulomb entre l’électron et le trou génère un état lié appelé exciton, qui contrôle en grande partie les propriétés optiques des semi-conducteurs. Il s’avère de plus que lorsque le milieu est structuré sur une échelle nanométrique, la réponse optique des semi-conducteurs est radicalement modifiée par le confinement quantique.

Mon programme de recherche est axé sur la dynamique des excitons lorsqu’ils sont créés dans des milieux nanostructurés afin de décrire comment l’énergie est absorbée et redistribuée dans le cadre d’une représentation en termes d’excitations collectives. Quoique de nature fondamentale, ce sujet est intimement lié avec le développement de l’excitonique, un domaine en émergence qui vise à concevoir et fabriquer de meilleurs dispositifs optiques pour des applications allant de l’éclairage au calcul quantique.

Philippe St-Jean est titulaire d'une chaire de recherche du Ministère de l'économie et l'innovation du Québec en photonique quantique. Les principaux intrêts de recherche de son équipe sont liés à l'étude expérimentale de l'interaction lumière-matière, à la fois dans le régime quantique et dans des systèmes photoniques présentant des éléments de symmétrie exotiques. L'objectif ultime de ces travaux est double: 1- concevoir de nouveaux dispositifs photoniques plus robustes pour des applications en technologies quantiques, et 2- explorer l'émergence de nouvelles phases de la matière (e.g. topologiques ou fortement corrélées) en utilisant des émulateurs photoniques.

William Witczak-Krempa, professeur agrégé au département de physique et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les transitions de phase quantique, cible, dans le cadre de ses travaux de recherche, les transitions de phase quantique - obtenues en appliquant de la pression ou un champ magnétique au matériau - en modifiant certains éléments, tel que la composition chimique de ceux-ci.

Sa recherche théorique expliquera les propriétés des matériaux lors de ces transitions, alors qu’émergent de nouveaux états de la matière. Un exemple remarquable est la supraconductivité, alors que les électrons forment des paires, un peu comme des danseurs, qui se déplacent sans résistance.

Les transitions mènent à des modèles « dansants » complexes où les électrons accrochent des partenaires éloignés, ce qui soulève des questions comme : « Quelles sont les caractéristiques essentielles des nombreux modèles dansants? » et « Comment pouvons-nous les exploiter pour améliorer la modélisation numérique? »

La recherche de M. Witczak-Krempa utilisera des méthodes analytiques et numériques novatrices qui empruntent des données pertinentes d’autres disciplines, par exemple l’information quantique et la théorie des cordes.

Tout comme les connaissances au sujet des transitions de phase ordinaires, comme la glace qui fond, sont importantes pour la société, les connaissances à propos de leurs contreparties quantiques deviennent elles aussi cruciales. Les résultats obtenus par M. Witczak-Krempa jetteront un nouvel éclairage sur des phénomènes cruciaux qui touchent les matériaux, comme la conductivité à haute température. Les applications possibles de ces matériaux vont du transport de l’électricité à faible coût à la dynamique des ordinateurs quantiques.