Les isolants topologiques sont des matériaux dont la structure force les photons et les électrons à se déplacer uniquement le long de la frontière du matériau et dans une seule direction. Ces particules éprouvent peu de résistance et traversent librement des obstacles tels que des impuretés, défauts de fabrication, un changement de trajectoire du signal au sein d'un circuit, ou des objets placés intentionnellement sur le chemin des particules. C'est parce que ces particules, au lieu d'être reflété par l'obstacle, faire le tour "comme l'eau d'une rivière qui coule le long d'un rocher, " précise le Pr Romain Fleury, responsable du Laboratoire d'ingénierie ondulatoire de l'EPFL, au sein de l'école d'ingénieurs.

Jusqu'à maintenant, résilience exceptionnelle de ces particules aux obstacles appliquée uniquement à des perturbations limitées dans le matériau, ce qui signifie que cette propriété ne pouvait pas être largement exploitée dans les applications basées sur la photonique. Cependant, cela pourrait bientôt changer grâce aux recherches menées par le Pr Fleury avec son doctorat. les étudiants Zhe Zhang et Pierre Delplace du Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon. Leur étude, parait dans la revue La nature , introduit un isolant topologique dans lequel la transmission de photons micro-ondes peut survivre à des niveaux de désordre sans précédent.

"Nous avons pu créer une phase topologique rare qui peut être caractérisée comme un isolant topologique anormal. Cette phase découle des propriétés mathématiques des groupes unitaires et confère au matériau des propriétés de transmission uniques et inattendues, " dit Zhang.

Cette découverte est très prometteuse pour de nouvelles avancées scientifiques et technologiques. "Lorsque les ingénieurs conçoivent des circuits hyperfréquences, ils doivent faire très attention à ce que les ondes ne soient pas réfléchies mais plutôt guidées le long d'un chemin donné et à travers une série de composants. C'est la première chose que j'enseigne à mes étudiants en génie électrique, " précise le Pr Fleury. " Cette contrainte intrinsèque, connu sous le nom d'adaptation d'impédance, limite notre capacité à manipuler les signaux d'ondes. Cependant, avec notre découverte, nous pouvons adopter une approche complètement différente, en utilisant la topologie pour construire des circuits et des appareils sans avoir à se soucier de l'adaptation d'impédance, un facteur qui restreint actuellement le champ d'application de la technologie moderne."

Le laboratoire du Pr Fleury travaille actuellement sur des applications concrètes pour leur nouvel isolant topologique. "Ces types de circuits topologiques pourraient être extrêmement utiles pour développer des systèmes de communication de nouvelle génération, " dit-il. " De tels systèmes nécessitent des circuits hautement fiables et facilement reconfigurables. " Son groupe de recherche examine également comment la découverte pourrait être utilisée pour développer de nouveaux types de processeurs photoniques et d'ordinateurs quantiques.