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Une collaboration entre trois nœuds FLEET a examiné les théories fondamentales qui sous-tendent l'effet Hall anormal quantique (QAHE).
QAHE est l'une des découvertes récentes les plus fascinantes et les plus importantes en physique de la matière condensée.
C'est la clé de la fonction des matériaux quantiques émergents, qui offrent un potentiel pour l'électronique à ultra basse consommation.
QAHE provoque la circulation d'un courant électrique à résistance nulle le long des bords d'un matériau.
QAHE dans les matériaux topologiques :clé de l'électronique basse énergie
Isolateurs topologiques, reconnu par le prix Nobel de physique en 2016, sont basées sur un effet quantique connu sous le nom d'effet Hall anormal quantique (QAHE).
"Les isolants topologiques ne conduisent l'électricité que le long de leurs bords, où les chemins de bord unidirectionnels conduisent les électrons sans la diffusion qui provoque la dissipation et la chaleur dans les matériaux conventionnels, " explique l'auteur principal Muhammad Nadeem.
QAHE a été proposé pour la première fois par le lauréat du prix Nobel 2016, le professeur Duncan Haldane (Manchester) dans les années 1980, mais par la suite, il s'est avéré difficile de réaliser QAHE dans des matériaux réels. Les isolants topologiques dopés magnétiquement et les semi-conducteurs sans écart de spin sont les deux meilleurs candidats pour QAHE.
L'effet Hall quantique (QHE) est une version mécanique quantique de l'effet Hall, dans lequel une petite différence de tension est créée perpendiculairement à un flux de courant par un champ magnétique appliqué.
L'effet Hall quantique est observé dans les systèmes 2-D à basse température dans des champs magnétiques très forts, dans laquelle la résistance de Hall subit des transitions quantiques, c'est-à-dire il varie par étapes discrètes plutôt qu'en douceur.
QAHE décrit une quantification inattendue de la résistance de Hall transverse, accompagnée d'une baisse considérable de la résistance longitudinale.
QAHE est qualifié d'anormal car il se produit en l'absence de tout champ magnétique appliqué, avec la force motrice fournie à la place par un couplage spin-orbite ou une magnétisation intrinsèque.
Les chercheurs cherchent à améliorer ces deux facteurs moteurs afin de renforcer QAHE, permettant une électronique topologique qui serait viable pour un fonctionnement à température ambiante.
C'est un domaine de grand intérêt pour les technologues, " explique Xiaolin Wang. " Ils sont intéressés à utiliser cette réduction significative de la résistance pour réduire considérablement la consommation d'énergie des appareils électroniques. "
"Nous espérons que cette étude éclairera les perspectives théoriques fondamentales des matériaux Hall anormaux quantiques, " déclare le co-auteur, le professeur Michael Fuhrer (Monash University), qui est directeur de FLEET.
L'étude
Le collaboratif, l'étude théorique se concentre sur ces deux mécanismes :
Quatre modèles ont été examinés qui pourraient améliorer ces deux effets, et ainsi améliorer QAHE, permettant aux isolants topologiques et aux matériaux à intervalle nul entièrement polarisés de spin (spin gapless semi-conducteurs) de fonctionner à des températures plus élevées.
« Parmi les différents matériaux candidats pour QAHE, les semi-conducteurs sans écart de spin pourraient présenter un intérêt potentiel pour de futures applications topologiques en électronique/spintronique, " explique Muhammad Nadeem.
Effet Hall quantique anomal dans les isolants topologiques dopés magnétiques et les semi-conducteurs ferromagnétiques sans fente de spin - Une revue de perspective a été publiée dans la revue Petit en septembre 2020.
