La topologie est un aspect global des matériaux, conduisant à de nouvelles propriétés fondamentales pour les composés avec de grands effets relativistes. L'incorporation d'éléments lourds donne lieu à des phases topologiques de la matière non triviales, comme les isolants topologiques, Semi-métaux de Dirac et Weyl. Les semi-métaux sont caractérisés par des points de contact de bande à dispersion linéaire, similaire aux particules relativistes sans masse en physique des hautes énergies.

Le jeu de la symétrie, effets relativistes et, en matériaux magnétiques, la structure magnétique, permet la réalisation d'une grande variété de phases topologiques grâce à la conception de courbure de Berry. La courbure de Berry décrit l'enchevêtrement des bandes de valence et de conduction dans une structure de bande d'énergie. Les points de Weyl et autres bandes électroniques topologiques peuvent être manipulés par diverses perturbations externes comme les champs magnétiques et la pression, ce qui se traduit par des propriétés locales exotiques telles que l'anomalie chirale ou gravitationnelle et les grands effets Hall topologiques, concepts qui ont été développés dans d'autres domaines de la physique tels que la physique des hautes énergies et l'astrophysique.

Les semi-métaux de Weyl nécessitent une symétrie cristalline d'inversion brisée ou une symétrie d'inversion du temps (via un ordre magnétique ou un champ magnétique appliqué). Jusque là, aucun semi-métaux magnétiques intrinsèques de Weyl avec des nœuds de Weyl proches de l'énergie de Fermi n'a été réalisé. Dans la récente étude, des scientifiques de l'Institut Max Planck de physique chimique des solides de Dresde, en collaboration avec la Technische Universität Dresden, scientifiques de Pékin, Princeton, Oxford, et d'autres ont trouvé des preuves de la physique de Weyl dans les shandites magnétiques Co 3 Sn 2 S 2 . La famille des cristaux de shandite contient des métaux de transition sur un réseau de Kagome quasi bidimensionnel qui peut donner lieu au magnétisme. L'un des plus intéressants est Co 3 Sn 2 S 2 , qui a la température d'ordre magnétique la plus élevée au sein de cette famille et dans laquelle les moments magnétiques sur les atomes de Co sont alignés dans une direction perpendiculaire au plan de Kagome.

L'observation de l'effet Hall anormal quantique à température ambiante permettrait de nouvelles technologies informatiques, notamment l'informatique quantique. Pour réaliser cette possibilité, notre stratégie est (i) de rechercher des matériaux magnétiques quasi bidimensionnels avec des structures de bandes topologiques et (ii) de synthétiser ces matériaux sous forme de monocouches ou de films très minces. Cependant, jusqu'à présent, aucun matériau magnétique n'est connu, ce qui pourrait conduire à un effet Hall anormal quantique à plus haute température. Afin d'obtenir de grands angles de Hall, à savoir, le rapport du Hall aux conductivités électriques, deux conditions doivent être satisfaites :d'une part une grande conductivité Hall et d'autre part un petit nombre de porteurs. Ces conditions sont remplies dans les semi-métaux de Weyl où les nœuds de Weyl sont proches en énergie de l'énergie de Fermi.

Nous avons trouvé que Co 3 Sn 2 S 2 affiche un effet Hall anormal géant et un angle de hall géant à des températures allant jusqu'à 150 K, suggérant un semi-métal de Weyl. Des calculs ultérieurs de structure de bande montrent en effet la présence de nœuds de Weyl proches de l'énergie de Fermi. De plus, Les mesures de magnétotransport mettent en évidence une anomalie chirale qui est une signature claire d'un semi-métal de Weyl. Notre travail ouvre la voie à l'observation d'un effet hall anormal quantique à température ambiante en explorant des familles de semi-métaux magnétiques de Weyl.

Cette étude, pour la première fois, réalise les effets Hall anormaux géants en utilisant un semi-métal magnétique Weyl, qui établit le candidat semi-métal magnétique de Weyl Co 3 Sn 2 S 2 comme une classe clé de matériaux pour la recherche fondamentale et les applications reliant la physique topologique et la spintronique. Avec un ferromagnétisme hors plan à longue portée sur le modèle du réseau de Kagomé pour la plate-forme des états topologiques quantiques, nous nous attendons en outre à ce que ce matériau soit un excellent candidat pour l'observation de l'état Hall anormal quantique dans la limite bidimensionnelle.