Les physiciens de NUS ont trouvé une nouvelle façon de créer et de régler les états de bord topologiques dans des isolants topologiques (TI) bidimensionnels (2D) pour des applications potentielles de dispositifs spintroniques.

Un TI est un matériau qui se comporte comme un isolant à l'intérieur, mais dont la surface contient des états conducteurs, ce qui signifie que les électrons ne peuvent se déplacer que le long de la surface du matériau. De la même manière, un TI 2-D est un matériau 2-D isolant, mais dont les électrons sont autorisés à se déplacer le long de ses bords. Les TI 2-D sont des candidats prometteurs pour l'électronique de spin et les dispositifs avec une dissipation d'énergie minimale/négligeable, comme les ordinateurs quantiques et les appareils électroniques à très faible consommation d'énergie. Cependant, la fabrication de TI robustes et le réglage fiable de leurs états topologiques sont un défi. En particulier, Le bismuthène 2-D (monocouche de bismuth avec une structure atomique en nid d'abeille) est prédit comme le meilleur candidat pour un TI 2-D, mais la préparation de modes autonomes dans une seule couche de bismuthène n'a toujours pas été réalisée, et l'influence du substrat sur les états topologiques est inconnue.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Andrew WEE du département de physique, NUS a réussi à créer une homostructure de bismuthène en utilisant l'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE). En utilisant cette méthode de dépôt à basse température, une seule couche de bismuthène peut être cultivée sur une seule couche de couche de bismuth de type noir-phosphore (BP-Bi) pour former une homostructure verticale avec des angles de rotation différents entre les deux couches. Comme les deux couches de l'homostructure ont des arrangements d'atomes différents, on observe que l'interaction intercouche entre ces deux couches est largement réduite et périodiquement altérée. Il en résulte une monocouche de bismuthène presque autonome avec des états de bord topologiques accordables.

Les motifs moirés sont des motifs d'interférence de grande surface produits lorsqu'un réseau périodique est superposé sur un autre réseau similaire, généralement à un petit angle de rotation relatif. Cette nouvelle méthode d'utilisation du motif moiré formé par la rotation de deux matériaux 2D l'un par rapport à l'autre peut potentiellement être utilisée pour contrôler à dessein les performances du dispositif.

Dr GOU Jian, un chargé de recherche dans l'équipe, expliqué, "Contrairement aux semi-conducteurs 3-D où les propriétés électroniques sont ajustées par l'introduction d'atomes dopants, les propriétés des matériaux 2D atomiquement minces sont facilement modifiées par les atomes dopants. D'où, l'observation de la modulation d'état topologique par une homostructure de bismuthène offre une méthode sans dommage pour contrôler les états électroniques dans les dispositifs TI 2-D.

"Le domaine passionnant de la twistronique a récemment été démontré dans le graphène, et ce travail sur le bismuthène révèle sa beauté en découvrant les états de bord topologiques dans un matériau 2D, " a ajouté le professeur Wee.

L'équipe prévoit d'étudier plus avant ces nouveaux modèles de moiré, dans l'espoir de réaliser un réglage plus robuste des états électroniques dans les TI 2-D.