Les isolants topologiques sont des matériaux innovants qui conduisent l'électricité en surface, mais agissent comme des isolants à l'intérieur. Des physiciens de l'Université de Bâle et de l'Université technique d'Istanbul ont commencé à étudier leur réaction aux frottements. Leur expérience montre que la chaleur générée par frottement est nettement inférieure à celle des matériaux conventionnels. Ceci est dû à un nouveau mécanisme quantique, les chercheurs rapportent dans la revue scientifique Matériaux naturels .

Grâce à leurs propriétés électriques uniques, les isolants topologiques promettent de nombreuses innovations dans les industries électronique et informatique, ainsi que dans le développement des ordinateurs quantiques. La fine couche de surface peut conduire l'électricité presque sans résistance, produisant moins de chaleur que les matériaux traditionnels. Cela les rend particulièrement intéressants pour les composants électroniques.

Par ailleurs, dans les isolants topologiques, la friction électronique, c'est-à-dire la conversion électronique de l'énergie électrique en chaleur peut être réduite et contrôlée. Chercheurs de l'Université de Bâle, l'Institut suisse des nanosciences (SNI) et l'Université technique d'Istanbul ont maintenant pu vérifier expérimentalement et démontrer exactement comment se comporte la transition de l'énergie à la chaleur par friction, un processus connu sous le nom de dissipation.

Mesurer le frottement avec un pendule

L'équipe dirigée par le professeur Ernst Meyer du Département de physique de l'Université de Bâle a étudié les effets du frottement sur la surface d'un isolant topologique en tellurure de bismuth. Les scientifiques ont utilisé un microscope à force atomique en mode pendule. Ici, la pointe conductrice du microscope en or oscille d'avant en arrière juste au-dessus de la surface bidimensionnelle de l'isolant topologique. Lorsqu'une tension est appliquée à la pointe du microscope, le mouvement du pendule induit un faible courant électrique en surface.

Dans les matériaux conventionnels, une partie de cette énergie électrique est convertie en chaleur par friction. Le résultat sur la surface conductrice de l'isolant topologique est très différent :la perte d'énergie par la conversion en chaleur est considérablement réduite.

"Nos mesures montrent clairement qu'à certaines tensions, il n'y a pratiquement pas de génération de chaleur causée par le frottement électronique, " explique le Dr Dilek Yildiz, qui a réalisé ce travail au sein de la thèse SNI. L'école.

Un nouveau mécanisme

Les chercheurs ont également pu observer pour la première fois un nouveau mécanisme de dissipation quantique qui ne se produit qu'à certaines tensions. Dans ces conditions, les électrons migrent de la pointe à travers un état intermédiaire dans le matériau, similaire à l'effet tunnel dans les microscopes à effet tunnel. En régulant la tension, les scientifiques ont pu influencer la dissipation. « Ces mesures confirment le grand potentiel des isolants topologiques, puisque le frottement électronique peut être contrôlé de manière ciblée, " ajoute Meyer.