La «découverte du Saint Graal» en physique du solide pourrait inaugurer de nouvelles technologies

La «découverte du Saint Graal» en physique du solide pourrait inaugurer de nouvelles technologies

Arun Bansil, professeur émérite de physique à l’université, pose pour un portrait dans le bâtiment de l’ISEC. Crédit : Matthew Modoono/Université Northeastern

Il reste encore de nombreux mystères à élucider dans le monde de la mécanique quantique, mais les scientifiques de Northeastern pensent avoir fait une découverte du « Saint Graal » qui pourrait aider à ouvrir la voie à la prochaine génération d’appareils électroniques.

Leurs conclusions, publiées récemment dans La nature, se concentre principalement sur la découverte d’un soi-disant isolant axionique topologique, un état unique de la matière quantique dont les chercheurs n’avaient auparavant théorisé l’existence, selon le physicien Arun Bansil, qui a dirigé une équipe de chercheurs de Northeastern impliqués dans l’étude. Plusieurs dizaines de scientifiques d’universités du monde entier ont participé au projet.

Cet état isolant de l’axion a été réalisé, dit Bansil, en combinant certains métaux et en observant leur réponse magnétoélectrique. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé une puce à l’état solide composée de tellurure de manganèse et de bismuth, qui ont été collés ensemble en couches bidimensionnelles, pour mesurer les propriétés électriques et magnétiques résultantes.

Les chercheurs notent qu’une telle découverte a des implications pour une gamme de technologies, y compris les capteurs, les commutateurs, les ordinateurs et les dispositifs de stockage de mémoire, entre autres. Le « stockage, le transport et la manipulation des données magnétiques pourraient devenir beaucoup plus rapides, plus robustes et plus économes en énergie » si les scientifiques peuvent intégrer ces nouveaux matériaux topologiques dans les futurs appareils, écrivent les chercheurs.

« C’est comme découvrir un nouvel élément », dit Bansil. « Et nous savons qu’il y aura toutes sortes d’applications intéressantes pour cela. »

Bansil dit avoir sélectionné cette combinaison spécifique de matériaux, que les chercheurs ont construit atome par atome dans une petite structure cristalline, car sa surface conduit l’électricité, tandis que la structure globale est en grande partie non conductrice ou isolante – une propriété inhabituelle qui est produite par le fort couplage magnétoélectrique des couches.

En d’autres termes, les isolants topologiques peuvent être à la fois conducteurs et isolants.

« L’isolant axionique topologique a une capacité miraculeuse qui lui permet d’avoir des électrons métalliques ou conducteurs très robustes sur sa surface, même si la majeure partie du matériau est isolante », explique Bansil. « Cela n’avait été prédit que théoriquement, maintenant cela a été réalisé expérimentalement. »

Une classe émergente de dispositifs électroniques, appelée spintronique, repose sur cette manipulation de la structure quantique par le biais de ce qu’on appelle le « spin » électronique. Le spin, également appelé moment angulaire, décrit une propriété fondamentale des électrons définie dans l’un des deux états potentiels : vers le haut ou vers le bas, selon Bansil. La façon dont les électrons tournent influence la direction du champ magnétique à l’œuvre dans n’importe quel solide.

Alors que l’électronique traditionnelle dépend de batteries qui stockent l’énergie sous forme d’énergie chimique, les dispositifs spintroniques pourraient exploiter l’énergie magnétique de types spéciaux de matériaux, tels que la puce de tellurure de manganèse et de bismuth utilisée dans l’étude, sans réaction chimique, ce qui la rend beaucoup plus efficace. « matériel candidat » pour la technologie future, dit Bansil.

Les batteries de spin de ce type sont encore largement en cours de développement, mais les scientifiques pensent que les isolants topologiques pourraient être la clé pour déverrouiller une telle technologie, dit Bansil. Les chercheurs ont proposé la spintronique comme moyen de résoudre un certain nombre de problèmes avec l’électronique d’aujourd’hui, y compris les problèmes de consommation d’énergie et de vitesse de fonctionnement dans les ordinateurs et autres appareils qui dépendent de la charge, dit-il.

« Il ne fait aucun doute que la prochaine génération d’électronique devra avoir une faible consommation d’énergie », a déclaré Bansil. « Lorsque vous découvrez de nouveaux matériaux comme celui-ci, cela ouvre des possibilités. Ces nouveaux types de matériaux peuvent aider à inaugurer des technologies entièrement nouvelles. »


Des chercheurs découvrent un «effet hall de couche» dans un antiferromagnétique topologique Axion 2D


Plus d’information:
Anyuan Gao et al, Effet Hall de couche dans un antiferromagnétique axionique topologique 2D, La nature (2021). DOI : 10.1038/s41586-021-03679-w

Fourni par l’Université du Nord-Est

Citation: La « découverte du Saint Graal » en physique du solide pourrait inaugurer de nouvelles technologies (2021, 10 août) récupéré le 10 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-holy-grail-discovery-solid-state -physique.html

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