Des physiciens de l'Université de Zurich étudient une nouvelle classe de matériaux :les isolants topologiques d'ordre supérieur. Les bords de ces solides cristallins conduisent le courant électrique sans dissipation, tandis que le reste du cristal reste isolant. Cela pourrait être utile pour des applications dans la technologie des semi-conducteurs et pour la construction d'ordinateurs quantiques.

La topologie examine les propriétés des objets et des solides qui sont protégés contre les perturbations et les déformations. Les matériaux connus à ce jour comprennent les isolants topologiques, qui sont des cristaux qui isolent à l'intérieur mais conduisent le courant électrique à leur surface. Les surfaces conductrices sont topologiquement protégées, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être facilement mis dans un état isolant.

Les physiciens théoriques de l'Université de Zurich ont maintenant prédit une nouvelle classe d'isolants topologiques avec des propriétés conductrices sur les bords des cristaux plutôt qu'à la surface. L'équipe de recherche, composé de scientifiques de l'UZH, Université de Princeton, le Donostia International Physics Center et le Max Planck Institute of Microstructure Physics à Halle, surnommé la nouvelle classe de matériaux « isolants topologiques d'ordre supérieur ». L'extraordinaire robustesse des bords conducteurs les rend particulièrement intéressants :Le courant d'électrons topologiques ne peut être arrêté par le désordre ou les impuretés. Si une imperfection gêne le courant, il s'écoule simplement autour de l'impureté.

En outre, les bords du cristal n'ont pas besoin d'être spécialement préparés pour conduire le courant électrique. Si le cristal se brise, les nouvelles arêtes conduisent automatiquement également le courant. "L'aspect le plus excitant est que l'électricité peut au moins en théorie être conduite sans aucune dissipation, " dit Titus Neupert, professeur au département de physique de l'UZH. "Vous pourriez considérer les bords du cristal comme une sorte d'autoroute pour les électrons. Ils ne peuvent pas simplement faire demi-tour." Cette propriété de conductance sans dissipation, autrement connu des supraconducteurs à basse température, n'est pas partagé avec les cristaux isolants topologiques connus précédemment qui ont des surfaces conductrices, mais est spécifique aux cristaux topologiques d'ordre supérieur.

L'étude des physiciens repose encore majoritairement sur des aspects théoriques. Ils ont proposé le tellurure d'étain comme premier composé à montrer ces nouvelles propriétés. "Plus de matériaux candidats doivent être identifiés et sondés expérimentalement, " dit Neupert. Les chercheurs espèrent qu'à l'avenir, les nanofils constitués d'isolants topologiques d'ordre supérieur pourront être utilisés comme chemins conducteurs dans les circuits électriques. Ils pourraient être combinés avec des matériaux magnétiques et supraconducteurs et utilisés pour construire des ordinateurs quantiques.