Une équipe dirigée par l'Université d'Osaka a utilisé la spectroscopie photoélectronique à résolution angulaire pour sonder la conductivité de surface inhabituelle des cristaux d'hexaborure de samarium. Ils ont montré que le matériau est une phase coexistante d'"isolant topologique" dans laquelle le courant électrique peut circuler le long de la surface mais pas à travers la masse de l'échantillon, un "isolateur Kondo, " qui subit une transition métal-isolant en raison de la forte corrélation électronique. Ce travail, ce qui démontre que les isolants topologiques peuvent avoir simultanément de fortes corrélations électroniques, peut permettre le développement de dispositifs à spin quantique qui utilisent les spins magnétiques d'électrons individuels pour surpasser les ordinateurs actuels.

Un débat de longue date existe concernant la structure électronique de surface métallique de l'hexaborure de samarium (SmB 6 ). PME 6 est connu pour être un isolant uniquement à basse température en raison de fortes corrélations électroniques, appelé « l'effet Kondo ». Contrairement à la plupart des matériaux, la résistance dans les isolateurs Kondo augmente en fait avec la diminution de la température. Cependant, l'origine de la conductivité résiduelle à basse température n'a pas encore été révélée. Une hypothèse populaire est que SmB 6 est aussi un isolant topologique, qui peut avoir des états électroniques métalliques à sa surface. Cependant, les structures électroniques de surface de SmB 6 obtenus jusqu'à présent ont été complexes et difficiles à interpréter et donc cette question de savoir si SmB 6 est en effet topologique a été un débat de longue date. Dans ce travail, l'équipe a observé les états de surface à partir d'une nouvelle orientation cristalline et a réussi à simplifier considérablement les états de surface.

L'idée principale était de mesurer le long d'une direction de surface particulière, ce qui était auparavant difficile à faire. Pour obtenir cette surface, les chercheurs ont d'abord dû préparer un plat atomiquement, surface extrêmement propre du cristal d'une manière très précise. Ils y sont parvenus en chauffant un monocristal d'hexaborure de samarium à des températures très élevées dans une chambre à ultra-vide. Ils ont ensuite effectué une spectroscopie photoélectronique à résolution angulaire, qui surveille les électrons éjectés du cristal lorsqu'ils sont exposés à des faisceaux lumineux intenses. A l'aide d'un détecteur ferromagnétique, ils ont pu déterminer non seulement les vitesses des électrons, mais aussi s'ils avaient leurs tours orientés vers le haut ou vers le bas. "Nous avons pu montrer que l'hexaborure de samarium est un isolant topologique, sans aucune ambiguïté, ", explique l'auteur principal Shin-ichi Kimura. "Cela ouvre un nouveau domaine de recherche dans lequel de fortes corrélations et des effets topologiques peuvent exister dans le même matériau."