Illustration d'un motif moiré obtenu en superposant deux treillis carrés avec une torsion. Pour certains angles « commensurables », la structure résultante est périodique et peut être générée en assemblant des régions carrées ombrées les unes à côté des autres comme des carreaux de sol. Crédit :Can et al.
Matériaux bidimensionnels (2D), tels que le graphène ou les dichalcogénures de métaux de transition, peut parfois être assemblé en bicouches avec une torsion entre les couches individuelles. Dans les années récentes, de nombreux chercheurs ont étudié les propriétés de ces structures à double couche torsadées et leurs avantages potentiels pour la fabrication de dispositifs électroniques.
Un groupe de recherche de l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver a récemment mené une étude explorant les propriétés des oxydes de cuivre à double couche torsadés. Dans leur papier, Publié dans Physique de la nature , ils prédisent que les structures composées de deux supraconducteurs à onde d monocouche mince présenteront une supraconductivité topologique à haute température.
"Le graphène bicouche torsadé a été un grand sujet de recherche au cours des deux dernières années, et nous pensions à d'autres matériaux 2D où l'ingénierie de l'angle de torsion pourrait être appliquée, " Marcel Franz, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Le but de notre travail, cependant, était de découvrir une nouvelle physique, pas seulement répéter ce que d'autres ont fait dans le contexte du graphène. Après plusieurs faux départs, nous nous sommes concentrés sur les supraconducteurs cuprate, qui partagent certaines similitudes avec le graphène, telles que la structure de base 2D et les excitations Dirac à basse énergie, mais sont aussi à bien des égards des matériaux très différents."
La différence la plus notable entre les supraconducteurs à base de graphène et de cuprate est qu'ils conduisent l'électricité sans résistance à haute température. Cette caractéristique pourrait les rendre sans doute plus adaptés à la fabrication de supraconducteurs topologiques.
Structure cristalline simplifiée du bilyer torsadé Bi2Sr2CaCu2O8+δ. Une manifestation importante de la supraconductivité topologique est la présence de « modes de bord » topologiquement protégés, représenté par des flèches rouges et vertes, qui sont présents dans toute géométrie avec des arêtes. Crédit :Can et al.
Dans leur étude, Franz et ses collègues se sont spécifiquement concentrés sur les matériaux cuprate monocouche, comme Bi
"C'est cette propriété supraconductrice du cuprate, établi il y a plus de 20 ans, qui sous-tend l'émergence de la supraconductivité topologique dans une bicouche d'un tel matériau lorsqu'elle est assemblée avec une torsion, " a déclaré Franz. " Nous avons construit des modèles mathématiques simples décrivant cette situation et ils montrent des preuves sans ambiguïté d'une phase topologique robuste lorsque l'angle de torsion est proche de 45 degrés. "
Les supraconducteurs topologiques sont extrêmement rares, et les chercheurs n'ont jusqu'à présent identifié qu'une poignée de matériaux pouvant être classés comme tels. De plus, la plupart des candidats supraconducteurs topologiques identifiés jusqu'à présent n'atteignent l'état topologique qu'à très basse température (c'est-à-dire, inférieur à 1 degré Kelvin).
Franz et ses collègues ont modelé le Bi torsadé
"Plusieurs laboratoires dans le monde, y compris des chercheurs de mon propre Stewart Blusson Quantum Matter Institute, préparent actuellement des échantillons de cuprates torsadés à haute température et se préparent à être en mesure de sonder les signatures de la phase topologique insaisissable, " a déclaré Franz. " Mon groupe est engagé dans un effort important visant à fournir un support théorique à ces expériences et il s'avère que même si l'état topologique doit être solidement présent dans ces échantillons, ses signatures peuvent être assez subtiles. Grâce à la modélisation théorique, nous travaillons maintenant à prédire les comportements caractéristiques de diverses quantités mesurables expérimentalement."
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