Des scientifiques de l'Institut Max Planck de physique chimique des solides ont rédigé un article de synthèse sur les matériaux topologiques magnétiques de la famille des composés de Heusler. La revue explique le lien entre la topologie, symétrie et magnétisme à un niveau adapté aux étudiants de premier cycle en physique, chimie et science des matériaux avec une connaissance de base de la physique de la matière condensée.

Fritz Heusler (1866-1947), Hermann Weyl (1885-1955) et Michael Berry (1941-) sont trois scientifiques renommés dont les travaux ont conduit à de nouvelles et importantes connaissances en science des matériaux, topologie et physique de la matière condensée. Ces trois domaines scientifiques se sont récemment réunis avec la découverte de propriétés quantiques nouvelles et passionnantes dans de nouvelles classes de matériaux qui pourraient permettre de nouvelles sciences, notamment les technologies informatiques et la catalyse.

Heusler est le nom du découvreur de composés principalement magnétiques qui intéressaient il y a quelque temps déjà. Mais il a récemment été découvert que ces composés hébergeaient des propriétés topologiques non triviales qui ouvrent un vaste champ de nouvelle physique. Cachés dans la structure des bandes d'énergie de ces matériaux se trouvent des points singuliers qui peuvent être décrits avec des outils mathématiques issus de Weyl; ces points sont associés à la découverte de quasi-particules qui sont maintenant appelées fermions de Weyl. On ne les trouve pas parmi les particules élémentaires de la physique des hautes énergies, mais nous pensons qu'ils existent dans des matériaux solides et déterminons leur topologie. Le troisième nom Berry représente les effets mesurables qui révèlent la physique à portée de main. Sous certaines conditions bien définies il existe un champ de vecteurs, semblable au champ magnétique, appelé la courbure de Berry. Il détermine l'ampleur d'un certain nombre d'effets importants, tels que l'effet Hall anormal et l'effet Hall Spin. C'est l'art de l'expérimentateur de modifier convenablement les matériaux afin d'ajuster la courbure de Berry et ainsi rendre visible la topologie. Dans cette revue, un grand nombre d'exemples sont donnés pour diverses propriétés de symétrie des composés de Heusler, une grande classe de matériaux qui peuvent facilement être réglés pour afficher des ferromagnétiques, antiferromagnétique, ordre magnétique non colinéaire ou compensé. Ces ordres magnétiques donnent lieu à des effets électriques et thermoélectriques prononcés dont les empreintes digitales sont découvertes et expliquées, y compris des structures de spin de vortex de type particule, les antiskyrmions qui sont typiques d'un certain sous-ensemble de composés de Heusler.

Compte tenu du grand nombre de composés inorganiques existants et du grand nombre récemment proposé de matériaux topologiques non magnétiques, Les composés de Heusler servent de système modèle pour la compréhension et l'impact du magnétisme sur la topologie. La rupture de la symétrie d'inversion du temps via le magnétisme ou un champ magnétique externe peut conduire à des effets encore plus importants que dans les matériaux non magnétiques basés sur la grande séparation entre les points de Weyl de différentes chiralités. Sur la base d'une étude systématique des matériaux Heusler, nous prédisons qu'il existe un grand nombre de matériaux topologiques magnétiques à découvrir.

En ce qui concerne les candidatures, le grand effet Nernst et les effets Hall classiques et quantiques autour de la température ambiante basés sur les températures de Curie élevées des composés de Heusler et de leurs proches ont le potentiel d'avoir un impact important sur la conversion d'énergie et les dispositifs électroniques quantiques pour la spintronique ou l'informatique quantique.