Une équipe internationale de BESSY II dirigée par le Pr Oliver Rader a montré que les propriétés déroutantes de l'hexaborure de samarium ne proviennent pas du fait que le matériau est un isolant topologique, comme cela a été proposé précédemment. Des travaux théoriques et expérimentaux initiaux avaient indiqué que ce matériau, qui devient un isolant Kondo à très basse température, possédait également les propriétés d'un isolant topologique. L'équipe a maintenant publié une explication alternative convaincante dans Communication Nature .

L'hexaborure de samarium est un solide foncé avec des propriétés métalliques à température ambiante. Il abrite Samarium, un élément avec plusieurs électrons confinés à des orbitales f localisées dans lesquelles ils interagissent fortement les uns avec les autres. Plus la température est basse, plus ces interactions deviennent apparentes. SmB6 devient ce qu'on appelle un isolant Kondo, nommé d'après Jun Kondo, qui a le premier expliqué cet effet quantique.

Il y a environ 40 ans, les physiciens ont observé que le SmB6 conservait encore une conductivité résiduelle à des températures inférieures à 4 kelvin, dont la cause était restée incertaine jusqu'à aujourd'hui. Après la découverte de la classe des matériaux topologiques-isolants il y a environ 12 ans, les hypothèses sont devenues insistantes sur le fait que SmB6 pourrait être un isolant topologique en plus d'être un isolant Kondo, ce qui pourrait expliquer l'anomalie de conductivité à un niveau très fondamental, car cela provoque des états conducteurs particuliers à la surface. Les premières expériences indiquaient en fait cela.

Maintenant, une équipe internationale dirigée par le professeur Oliver Rader a étudié des échantillons particulièrement bons de SmB6 à BESSY II. Les échantillons, développé par des partenaires collaborateurs en Ukraine, ont été clivés selon des plans cristallins spécifiques et étudiés à l'aide d'ARPES 13, l'appareil unique à haute résolution pour la spectroscopie de photoémission à résolution angulaire à BESSY II. Les physiciens ont pu atteindre les cryotempératures nécessaires inférieures à 1 kelvin et mesurer assez précisément les niveaux d'énergie des bandes d'électrons par rapport à la géométrie du cristal.

Première analyse :pas d'isolant topologique

Leurs mesures ont confirmé le résultat que les électrons à la surface sont mobiles, mais les chercheurs ont trouvé des preuves que le nombre pair de transitions de bandes observées est inconciliable avec les électrons occupant des états de surface topologiques.

Dans les expériences de suivi, les chercheurs ont intensément cherché une explication alternative de la conductivité qui avait été démontrée à la surface. "Nous avons pu montrer que les écarts entre les niveaux d'énergie autorisés des électrons qui se sont ouverts en raison de l'effet Kondo ont été légèrement décalés à la surface. En conséquence, l'échantillon ne reste conducteur que là. Cela signifie clairement, cependant, que la remarquable conductivité de surface n'est pas liée à la topologie du système, " explique le Dr Emile Rienks qui a réalisé les expériences avec le doctorant Peter Hlawenka (HZB et Université de Potsdam).

La recherche sur les isolants topologiques et d'autres matériaux qui présentent des effets quantiques prononcés pourrait conduire à de nouveaux composants électroniques pour les technologies de l'information à haut rendement énergétique. Les informations pourraient être traitées et stockées avec un apport énergétique minimal si nous pouvons mieux comprendre ces matériaux et ainsi les contrôler.