Imaginez un monde dans lequel l'électricité pourrait circuler à travers le réseau sans aucune perte ou où toutes les données du monde pourraient être stockées dans le cloud sans avoir besoin de centrales électriques. Cela semble inimaginable mais un chemin vers un tel rêve s'est ouvert avec la découverte d'une nouvelle famille de matériaux aux propriétés magiques.

Ces matériaux, les semi-métaux magnétiques de Weyl, sont quantiques par nature, mais relient les deux mondes de la topologie et de la spintronique. Les matériaux topologiques présentent des propriétés étranges, notamment des électrons ultra-rapides qui voyagent sans aucune perte d'énergie. D'autre part, les matériaux magnétiques sont essentiels à notre vie quotidienne, des aimants pour voitures électriques aux dispositifs spintroniques dans chaque disque dur des ordinateurs et dans le cloud. Le concept d'un semi-métal magnétique Weyl (WSM) était dans l'air mais un matériau réel vient tout juste d'être réalisé par l'équipe de Claudia Felser, Directeur au MPI CPfS, Dresde, dans deux composés très différents-Co 2 MnGa and Co 3 Sn 2 S 2 .

Pour trouver ces matériaux extraordinaires, L'équipe de Felser a scanné la base de données des matériaux et a dressé une liste de candidats prometteurs. La preuve que ces matériaux sont des WSM magnétiques a été obtenue via des études de structure électronique de Co 2 MnGa and Co 3 Sn 2 S 2 . Des scientifiques du groupe de Claudia Felser au MPI CPfS et de l'équipe de Stuart Parkin au MPI de Physique des Microstructures, Halle, en collaboration avec l'équipe de M. Zahid Hasan de Princeton, L'équipe de Yulin Chen de l'Université d'Oxford, et l'équipe de Haim Beidenkopf du Weizmann Institute of Science, ont confirmé expérimentalement l'existence de fermions magnétiques de Weyl dans ces deux matériaux dans des études publiées dans trois articles dans Science aujourd'hui.

Pour la toute première fois, en utilisant des expériences de spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES) et de microscope à effet tunnel (STM), des états brisés de la symétrie d'inversion du temps du WSM ont été observés, rendu possible par les monocristaux de haute qualité cultivés au MPI CPfS. "La découverte des WSM magnétiques est un grand pas vers la réalisation d'effets quantiques et spintroniques à haute température. Ces deux matériaux, qui sont membres des familles Heusler et Shandite hautement accordables, respectivement, sont des plates-formes idéales pour diverses applications futures dans les technologies spintronique et magnéto-optique pour le stockage de données, et le traitement de l'information ainsi que les applications dans les systèmes de conversion d'énergie, " dit Stuart Parkin, le directeur général de l'Institut Max Planck de physique des microstructures, Halle.

Les états topologiques magnétiques dans Co 2 MnGa and Co 3 Sn 2 S 2 jouent un rôle crucial dans l'origine des effets de transport quantique anormaux observés, en raison de la forte courbure de Berry associée à leurs états topologiques. Avec les structures de lignes nodales et de bandes de points nodaux de Weyl, Co 2 MnGa and Co 3 Sn 2 S 2 sont les deux seuls exemples actuellement connus de matériaux qui hébergent à la fois une conductivité Hall anormale importante et un angle Hall anormal. "Nos matériaux ont les avantages naturels d'une température d'ordre élevée, structure de bande topologique claire, faible densité de porteurs de charge, et une forte réponse électromagnétique. La conception d'un matériau qui présente un effet Hall anormal quantique à haute température (QAHE) via le confinement quantique d'un WSM magnétique, et son intégration dans les dispositifs quantiques est notre prochaine étape, " dit Claudia Felser.

La découverte de WSM magnétiques est un grand pas vers la réalisation d'un QAHE à température ambiante et est à la base de nouveaux concepts de conversion d'énergie. réalisa immédiatement Yan Sun. La réalisation du QAHE à température ambiante serait révolutionnaire en surmontant les limitations de nombreuses technologies basées sur les données d'aujourd'hui, qui sont affectées par une grande perte de puissance induite par la diffusion des électrons. Cela ouvrirait la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques quantiques et spintroniques à faible consommation d'énergie.