Des chercheurs en Chine et à l'UC Davis ont mesuré une conductivité élevée dans des couches très minces d'arséniure de niobium, un type de matériau appelé semi-métal Weyl. Le matériau a environ trois fois la conductivité du cuivre à température ambiante, dit Sergueï Savrasov, professeur de physique à UC Davis. Savrasov est co-auteur de l'article publié le 18 mars dans Matériaux naturels .

Les nouveaux matériaux conducteurs de l'électricité sont d'un grand intérêt pour les physiciens et les scientifiques des matériaux, à la fois pour la recherche fondamentale et parce qu'ils pourraient conduire à de nouveaux types d'appareils électroniques.

Savrasov travaille sur la physique théorique de la matière condensée. Avec les autres, il a proposé l'existence des semi-métaux Weyl en 2011. L'équipe chinoise a pu fabriquer et tester de petites pièces, appelées nanoceintures, d'arséniure de niobium, confirmant les prédictions de la théorie. Les nanoceintures sont si minces qu'elles sont essentiellement bidimensionnelles.

"Un semi-métal Weyl n'est pas un conducteur ou un isolant, mais quelque chose entre les deux, " dit Savrasov. L'arséniure de niobium, par exemple, est un mauvais conducteur en vrac mais a une surface métallique qui conduit l'électricité. La surface est topologiquement protégée, ce qui signifie qu'il ne peut pas être modifié sans détruire le matériau en vrac.

Avec la plupart des matériaux, les surfaces peuvent être chimiquement altérées car elles ramassent les impuretés de l'environnement. Ces impuretés peuvent interférer avec la conductivité. Mais les surfaces topologiquement protégées rejettent ces impuretés.

"En théorie, nous nous attendons à ce que les surfaces Weyl soient de bons conducteurs car elles ne tolèrent pas les impuretés, " a déclaré Savrasov.

Si vous pensez aux électrons traversant la matière, imaginez-les rebondir ou se disperser à partir d'impuretés. Au niveau quantique, un matériau conducteur a une surface de Fermi qui décrit tous les états d'énergie quantique que les électrons peuvent occuper. Cette surface de Fermi affecte la conductivité du matériau.

Les nanoceintures testées dans ces expériences avaient une surface de Fermi ou un arc de Fermi limité, ce qui signifie que les électrons ne pouvaient être dispersés que dans une gamme limitée d'états quantiques.

"L'arc de Fermi limite les états dans lesquels les électrons peuvent rebondir, donc ils ne sont pas dispersés, " a déclaré Savrasov.

Les matériaux hautement conducteurs à très petite échelle pourraient être utiles alors que les ingénieurs s'efforcent de construire des circuits de plus en plus petits. Moins de résistance électrique signifie que moins de chaleur est générée lors du passage du courant.