La découverte de moyens de contrôler les aspects topologiques des matériaux quantiques est une frontière de recherche importante car elle peut conduire à des propriétés de transport électrique et de spin souhaitables pour les futures technologies de dispositifs. Aujourd'hui, les scientifiques de MPSD ont découvert une approche pionnière au laser pour générer un état topologique dans le graphène. Leurs travaux viennent d'être publiés dans Physique de la nature .

Dans les matériaux topologiques, les électrons connaissent un monde tordu. Au lieu de simplement avancer tout droit lorsque vous ressentez une force, ils peuvent être poussés latéralement. Dans un tel matériau, le courant circule en fait orthogonalement à une tension appliquée.

Le modèle de base décrivant l'effet a été développé par Duncan Haldane à la fin des années 1980, mais même son inventeur était sceptique quant à son implémentation dans un matériau réel. Néanmoins, une synthèse chimique élaborée a finalement permis d'observer des effets très similaires, déclenchant une révolution technologique et finalement valu à Haldane le prix Nobel de physique 2016.

Le transport topologique est généralement induit dans les matériaux en appliquant des champs magnétiques puissants ou en fabriquant des composés avec un fort couplage spin-orbite. Des chercheurs du groupe d'Andrea Cavalleri au MPSD ont maintenant démontré qu'une interaction cohérente avec la lumière polarisée circulairement peut également induire des courants électriques topologiques dans le matériau graphène.

L'approche radicalement différente de l'équipe consiste à illuminer le graphène avec une forte, impulsion laser polarisée circulairement, dont le champ électrique entraîne les électrons en boucles. Lorsque le matériau est éclairé, il se comporte soudain comme un matériau topologique. Il revient à son état normal une fois le pouls parti.

Bien que ce mécanisme ait été testé dans des simulations, il n'était pas du tout clair si cela fonctionnerait dans le contexte plus compliqué des vrais solides et s'il serait possible de le détecter.

Pour prouver leur découverte, les physiciens devaient montrer des courants circulant dans une direction orthogonale à une tension appliquée. Cependant, un défi majeur :« Comme l'effet ne persiste que pendant environ un millionième de millionième de seconde, nous avons dû développer un nouveau type de circuit électronique pour mesurer cela, ", explique l'auteur principal James McIver.

Le résultat a été une architecture de dispositif optoélectronique ultrarapide basée sur des commutateurs photoconducteurs. Il a confirmé l'existence de l'effet. Avancer, les chercheurs prévoient d'utiliser ce circuit pour étudier une variété de problèmes convaincants dans les matériaux quantiques, tels que la supraconductivité induite par la lumière et les états de bord topologiques habillés de photons.

"Ce travail montre que la lumière est capable de concevoir des propriétés topologiques dans des matériaux topologiquement triviaux, " explique le co-auteur Gregor Jotzu. " L'apparition ultrarapide de cet effet offre un grand potentiel pour la construction de capteurs ou d'ordinateurs extrêmement rapides. "