Un matériau quantique qui n'existait que théoriquement depuis plus d'une décennie a maintenant été construit dans un laboratoire en Finlande. Des physiciens de l'Université de Jyväskylä et de l'Université Aalto ont fait croître un cristal atomiquement mince qui conduit l'électricité uniquement le long de ses bords, un comportement qui pourrait éventuellement fonctionner à température ambiante.
Deux couches de tellurure d'étain sur une base spéciale
Le professeur associé Kezilbeiek Shawulienu a dirigé l'équipe qui a fabriqué le matériau en empilant seulement deux couches de tellurure d'étain (SnTe) sur un substrat de diséléniure de niobium (NbSe2). Les chercheurs ont utilisé l'épitaxie par jets moléculaires pour faire croître le film, puis l'ont sondé avec un microscope à effet tunnel à basse température. Cela leur a permis de voir la structure électronique du matériau atome par atome. Ils ont trouvé des paires d'états de bord conducteurs, la marque d'un isolant cristallin topologique. Ces états sont protégés par la symétrie du réseau cristallin, ce qui signifie que les électrons voyagent le long des bords sans diffusion.
La contrainte comme bouton de réglage
Le film de tellurure d'étain est comprimé par le substrat sous-jacent, créant une contrainte qui stabilise l'état topologique du matériau. L'équipe a montré que modifier la contrainte ajuste les états de bord, offrant aux chercheurs un moyen pratique de régler le comportement électronique du matériau. Les états de bord apparaissent dans une large bande interdite électronique de plus de 0,2 électron-volt. Des calculs quantiques de premiers principes ont confirmé que les états ont une origine topologique. Les chercheurs ont également observé que les états de bord voisins interagissent, décalant leurs niveaux d'énergie par un mélange de forces électrostatiques et d'effet tunnel quantique.
Une plateforme pour l'électronique quantique à température ambiante
Comme la bande interdite est relativement large, les propriétés topologiques du matériau devraient rester stables même à température ambiante. Cela en fait une plateforme prometteuse pour explorer les états topologiques bidimensionnels accordables par contrainte. Ces travaux pourraient soutenir de futures avancées dans l'électronique à base de spin et les dispositifs nanométriques. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
