Les scientifiques du laboratoire Ames ont adopté une approche paradoxale, appelée stabilisation dynamique, en appliquant un champ électrique térahertz pour entraîner des oscillations périodiques du réseau dans un isolant topologique modèle. Ces fluctuations supplémentaires ont en fait amélioré les états topologiques protégés. Crédit :Département de l'Énergie des États-Unis, Laboratoire Ames
Des scientifiques du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie ont découvert que l'application périodique d'un mouvement vibratoire peut être la clé pour empêcher les dissipations des états électroniques souhaités qui rendraient possible l'informatique quantique avancée et la spintronique.
Certains matériaux topologiques sont des isolants sous leur forme massive, mais possèdent un comportement conducteur d'électrons sur leurs surfaces. Alors que les différences de comportement de ces électrons de surface sont ce qui rend ces matériaux si prometteurs pour les applications technologiques, cela présente également un défi :conduisant à ce que l'on appelle la "rupture topologique". Ils ne sont protégés par aucune symétrie "spontanée".
"Les isolants topologiques qui peuvent supporter un courant de spin-lock persistant sur leurs surfaces qui ne se désintègre pas sont appelés" protégés par la symétrie, ' et cet état est convaincant pour plusieurs concepts de dispositifs révolutionnaires en informatique quantique et en spintronique, " a déclaré Jigang Wang, Physicien du laboratoire Ames et professeur à l'Iowa State University. "Mais la rupture topologique due au couplage surface-vrac est un problème scientifique et technique de longue date."
Wang et ses collègues chercheurs ont adopté une approche paradoxale, appelée stabilisation dynamique, en appliquant un champ électrique térahertz pour entraîner des vibrations atomiques périodiques, c'est à dire., cohérence vibrationnelle, dans le modèle topologique isolant bismuth-sélénium Bi
Une analogie d'une telle stabilisation dynamique est le pendule Kapitza entraîné périodiquement, connu par le lauréat du prix Nobel Peter Kapitza, où un inversé, pourtant stable, l'orientation est obtenue en imposant une vibration suffisamment haute fréquence de son point de pivot. D'une manière similaire, une stabilisation dynamique supplémentaire peut être obtenue en entraînant des mouvements périodiques quantiques du réseau.
"Nous démontrons la stabilisation dynamique en matière topologique en tant que nouveau bouton de réglage universel, qui peut être utilisé pour renforcer le transport quantique protégé, " dit Wang, qui pense que la découverte a des conséquences de grande envergure pour l'utilisation de ces matériaux dans de nombreuses disciplines scientifiques et technologiques, telles que les applications d'information et de communication quantiques tolérantes aux troubles et basées sur le spin, électronique quantique à ondes lumineuses.
La recherche est discutée plus en détail dans un article, "Contrôle de la lumière du couplage surface-volume par cohérence vibrationnelle térahertz dans un isolant topologique, " écrit par X. Yang, L. Luo., C. Vaswani, X. Zhao, D. Cheng, Z. Liu, R.H.J. Kim, X. Liu, M. Dobrowolska, J.K. Furdyna, I.E. Perakis, C-Z Wang, K-M Ho et J. Wang; et publié dans Matériaux quantiques npj .
