Dans le monde de l'électronique, où la quête est toujours d'unités plus petites et plus rapides avec une autonomie infinie, les isolants topologiques (TI) ont un potentiel alléchant.

Dans un article à paraître en Avancées scientifiques en juin, Jing Shi, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Californie, Bord de rivière, et ses collègues du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Arizona State University rapportent qu'ils ont créé un film TI de seulement 25 atomes d'épaisseur qui adhère à un film magnétique isolant, créer une "hétérostructure". Cette hétérostructure rend les surfaces TI magnétiques à température ambiante et plus, à plus de 400 Kelvin ou plus de 720 degrés Fahrenheit.

Les surfaces de TI n'ont que quelques atomes d'épaisseur et ont besoin de peu d'énergie pour conduire l'électricité. Si les surfaces TI sont rendues magnétiques, le courant ne circule que le long des bords des appareils, nécessitant encore moins d'énergie. Grâce à cet effet Hall anormal dit quantique, ou QAHE, un appareil TI peut être minuscule et ses batteries durent longtemps, dit Shi.

Les ingénieurs adorent QAHE car il rend les appareils très robustes, C'est, assez copieux pour se dresser contre les défauts ou les erreurs, afin qu'une application défectueuse, par exemple, ne plante pas un système d'exploitation entier.

Les isolants topologiques sont les seuls matériaux actuellement capables d'atteindre le QAHE tant convoité, mais seulement après qu'ils soient magnétisés, et c'est là que réside le problème :les surfaces TI ne sont pas naturellement magnétiques.

Les scientifiques ont réussi à atteindre le magnétisme en TI par dopage, c'est-à-dire introduire des impuretés magnétiques dans le matériau, ce qui le rendait aussi moins stable, dit Shi. Le dopage a permis aux surfaces TI de démontrer QAHE, mais seulement à des températures extrêmement basses - quelques centièmes de degré en Kelvin au-dessus du zéro absolu, ou environ 459 degrés en dessous de zéro Fahrenheit, ce qui n'est pas exactement propice à une large utilisation populaire.

De nombreux scientifiques ont reproché au dopage de faire en sorte que QAHE ne se produise qu'à très basse température, Shi a dit, ce qui a incité les chercheurs à commencer à chercher une autre technique pour rendre les surfaces TI magnétiques.

Entrez dans le laboratoire SHINES (Spins and Heat in Nanoscale Electronic Systems) de l'UCR, un centre de recherche sur les frontières énergétiques financé par le ministère de l'Énergie à l'UCR que Shi dirige et se concentre sur le développement de films, composites et d'autres moyens de récolter ou d'utiliser l'énergie plus efficacement à partir de nano (pensez vraiment petit, comme dans la technologie moléculaire ou atomique).

En 2015, Le laboratoire de Shi a d'abord créé des hétérostructures de films magnétiques et de matériaux de graphène d'un atome d'épaisseur en utilisant une technique appelée épitaxie par faisceau moléculaire laser. Les mêmes films isolants magnétiques atomiquement plats sont essentiels pour les isolants en graphène et topologiques.

"Les matériaux doivent être en contact intime pour que TI acquière le magnétisme, " dit Shi. " Si la surface est rugueuse, il n'y aura pas de bon contact. Nous sommes doués pour rendre ce film magnétique atomiquement plat, donc aucun atome supplémentaire ne dépasse."

Le laboratoire de l'UCR a ensuite envoyé les matériaux à ses collaborateurs du MIT, qui a utilisé l'épitaxie par faisceau moléculaire pour construire 25 couches de TI atomiques au-dessus des feuilles magnétiques, créer les hétérostructures, qui ont ensuite été renvoyés à l'UCR pour la fabrication et les mesures de l'appareil.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour que TI montre l'effet Hall anormal quantique (QAHE) à haute température, puis rendre les matériaux disponibles pour la miniaturisation en électronique, Shi a dit, mais les résultats du laboratoire SHINES montrent qu'en adoptant l'approche des hétérostructures, Les surfaces TI peuvent être rendues magnétiques et robustes à des températures normales.

Faire plus petit, les appareils plus rapides fonctionnent à des niveaux d'efficacité identiques ou supérieurs à ceux de leurs plus gros, prédécesseurs plus lents "ne se produit pas naturellement, " a déclaré Shi. " Les ingénieurs travaillent dur pour que tous les appareils fonctionnent de la même manière et il faut beaucoup d'ingénierie pour y arriver. "