Les matériaux quantiques sont un type de substance étrange qui pourrait être beaucoup plus efficace pour conduire l'électricité à travers nos iPhones que le silicium conducteur couramment utilisé - si seulement les physiciens pouvaient comprendre comment le matériel fonctionne.

Un physicien de l'Université du Michigan a fait un pas de plus en détaillant un nouveau matériau quantique, dodécaboride d'ytterbium, ou YbB12, et l'imagerie de l'efficacité avec laquelle l'électricité est conduite à travers ce matériau. La démonstration de la conductivité de ce matériau contribuera à la compréhension des scientifiques du spin, charger, et le flux d'énergie dans ces matériaux électromagnétiques.

YbB12 est un cristal très propre qui a la particularité de partager les propriétés des conducteurs et des isolants. C'est-à-dire, l'intérieur en vrac de YbB12 est un isolant et ne conduit pas l'électricité, tandis que sa surface est extraordinairement efficace pour conduire l'électricité. Mais les chercheurs devaient être en mesure de mesurer exactement à quel point ce matériau est bon conducteur de l'électricité.

"À l'heure actuelle, nous utilisons un téléphone pour parler. À l'intérieur du téléphone se trouvent ses éléments clés :un transistor en silicium qui fait passer l'électricité à travers l'appareil, " a déclaré le chef de projet Lu Li, U-M professeur agrégé de physique. "Ces semi-conducteurs en silicium utilisent la majeure partie de leur propre matériau pour créer un chemin pour le courant électrique. Cela rend difficile la fabrication d'appareils électroniques plus rapides ou plus compacts."

Remplacer les transistors en silicium d'un téléphone par des transistors en matériaux quantiques rendrait le téléphone beaucoup plus rapide et beaucoup plus léger. C'est parce que les transistors à l'intérieur de l'appareil conduiraient l'électricité très rapidement sur leurs surfaces, mais pourrait être beaucoup plus petit, avec un noyau plus léger sous une couche de l'intérieur isolant du métal.

Les matériaux quantiques ne se limiteraient pas à alimenter nos téléphones. Ils pourraient être utilisés en informatique quantique, un domaine encore à ses balbutiements, mais qui pourrait être utilisé pour la cybersécurité. Nos ordinateurs fonctionnent actuellement en traitant les données en chiffres binaires :0 et 1. Mais il y a une limite à la vitesse à laquelle les ordinateurs peuvent traiter les données de cette manière. Au lieu, les ordinateurs quantiques utiliseraient les propriétés quantiques des atomes et des électrons pour traiter l'information, ouvrant la possibilité de traiter d'énormes volumes d'informations beaucoup plus rapidement.

Li a étudié YbB12 pour comprendre la signature électronique du matériau, qui indique aux chercheurs dans quelle mesure un matériau conduit l'électricité. Dans un métal propre qui conduit l'électricité très efficacement, les électrons forment des amas à l'intérieur des métaux.

Les oscillations de ces amas conduisent à des oscillations de la résistance électrique du matériau. Cette oscillation indique aux chercheurs avec quelle efficacité le matériau est capable de conduire l'électricité. Dans cette étude, Li a pu mesurer l'oscillation de résistance d'un isolant en vrac, un problème qu'il essaie de résoudre depuis quatre ans.

Pour mesurer cette oscillation, Li a utilisé un aimant très puissant situé dans un laboratoire du National High Magnetic Field Laboratory en Floride. Cet aimant est similaire à un aimant que vous utiliseriez pour fixer une photo sur votre réfrigérateur, dit Li, mais beaucoup plus puissant. Un aimant de réfrigérateur a une traction d'environ 0,1 Tesla, une unité de mesure du champ magnétique. L'aimant du laboratoire de Floride a une force d'attraction de 45 Tesla. C'est environ 40 fois plus puissant que l'aimant utilisé dans un appareil d'IRM.

Pour mesurer l'efficacité de YbB12, Li a fait passer un courant électrique à travers l'échantillon en présence de l'aimant. Puis, il a examiné de combien la tension électrique a chuté dans tout l'échantillon. Cela a indiqué à Li combien de résistance était présente dans le matériau.

« Nous avons finalement obtenu les bonnes preuves. Nous avons trouvé un matériau qui était un bon isolant à l'intérieur, mais à sa surface se trouvait un bon conducteur, si bon qu'on peut faire un circuit électrique sur ce conducteur, " dit Li. " Vous pouvez imaginer que vous pouvez avoir un circuit qui se déplace aussi vite qu'on peut l'imaginer sur un tout petit, petite surface. C'est ce que nous espérons réaliser pour l'électronique future."

L'étude paraît en ligne dans la revue Science .