Depuis des décennies, les scientifiques recherchent de nouveaux matériaux susceptibles de révolutionner l’électronique. Un candidat prometteur est une classe de matériaux appelés isolants topologiques, qui ont le potentiel de conduire l’électricité avec très peu de résistance. Cela pourrait les rendre idéaux pour une utilisation dans les transistors de nouvelle génération, qui sont les éléments de base de tous les appareils électroniques.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont découvert une nouvelle façon dont les électrons traversent les isolants topologiques. Cette découverte pourrait fournir des informations sur la manière de concevoir des isolants topologiques dotés de propriétés électriques encore meilleures, nous rapprochant ainsi de la prochaine génération de dispositifs électroniques.
Isolateurs topologiques :une brève introduction
Les isolants topologiques sont une classe de matériaux caractérisés par leurs propriétés électroniques inhabituelles. Dans les isolants ordinaires, les électrons sont localisés dans des atomes spécifiques et ne peuvent pas se déplacer librement. Cependant, dans les isolants topologiques, les électrons sont capables de se déplacer librement le long des bords du matériau. En effet, les isolants topologiques ont une structure de bande unique, qui correspond à la distribution d'énergie des électrons dans le matériau.
La structure de bande d'un isolant topologique est caractérisée par deux caractéristiques :une bande interdite et un invariant topologique. La bande interdite est une région d’énergie dans laquelle aucun état électronique n’est autorisé. L'invariant topologique est un nombre qui décrit les propriétés topologiques du matériau.
L'invariant topologique d'un isolant topologique est lié au nombre d'états de bord que possède le matériau. Dans un isolant topologique bidimensionnel, l’invariant topologique est égal au nombre d’états de bord. Cela signifie qu’un isolant topologique bidimensionnel avec un invariant topologique de 1 aura un état de bord.
Comment les électrons voyagent à travers les isolants topologiques
Dans l’article précédent, nous avons exploré comment les électrons traversent les isolants topologiques. Nous avons découvert que les électrons sont capables de se déplacer librement le long des bords des isolants topologiques en créant un espace libre, ce qui est une caractéristique topologique de ces matériaux.
La manière dont les électrons traversent les isolants topologiques est analogue à la manière dont l’eau s’écoule dans une rivière. Dans une rivière, l'eau coule le long du lit et des berges de la rivière. Dans un isolant topologique, les électrons circulent le long des bords du matériau.
Cette analogie peut nous aider à comprendre comment les propriétés des isolants topologiques peuvent être utilisées pour créer de nouveaux dispositifs électroniques. Par exemple, le fait que les électrons puissent circuler librement le long des bords des isolants topologiques pourrait être utilisé pour créer des transistors plus rapides et plus efficaces que les transistors traditionnels.
Conclusion
Les isolants topologiques constituent une nouvelle classe prometteuse de matériaux susceptibles de révolutionner l’électronique. Les propriétés uniques de ces matériaux pourraient être utilisées pour créer de nouveaux appareils électroniques plus rapides, plus efficaces et plus puissants que les appareils traditionnels.
