Les matériaux topologiques qui possèdent certaines symétries au niveau atomique, y compris les isolants topologiques et les semi-métaux topologiques, ont suscité la fascination parmi de nombreux scientifiques de la matière condensée en raison de leurs propriétés électroniques complexes. Maintenant, des chercheurs au Japon ont démontré qu'un semi-conducteur normal peut être transformé en un semi-métal topologique par irradiation lumineuse. De plus, ils ont montré comment des réponses dépendantes du spin pouvaient apparaître lorsqu'elles étaient éclairées par une lumière laser à polarisation circulaire. Publié dans Physical Review B , ce travail explore la possibilité de créer des semi-métaux topologiques et de manifester de nouvelles propriétés physiques par le contrôle de la lumière, ce qui pourrait ouvrir une riche frontière physique pour les propriétés topologiques.

La plupart des substances ordinaires sont soit des conducteurs électriques, comme les métaux, soit des isolants, comme le plastique. En revanche, les isolants topologiques peuvent présenter un comportement inhabituel dans lequel des courants électriques circulent le long de la surface de l'échantillon, mais pas à l'intérieur. Ce comportement caractéristique est fortement lié aux propriétés topologiques inhérentes à l'état électronique. De plus, une nouvelle phase appelée semi-métal topologique offre un nouveau terrain de jeu pour explorer le rôle de la topologie dans la matière condensée. Cependant, la physique sous-jacente de ces systèmes est encore en cours de réflexion.

Des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont étudié la dynamique des excitations dans l'arséniure de zinc (Zn₃ Comme₂ ) lorsqu'il est irradié avec un laser à polarisation circulaire. L'arséniure de zinc est normalement considéré comme un semi-conducteur à écart étroit, ce qui signifie que les électrons ne sont pas libres de se déplacer d'eux-mêmes, mais peuvent être facilement propulsés par l'énergie d'une source de lumière externe. Dans les bonnes conditions, le matériau peut présenter un état topologique spécial appelé "semi-métal Floquet-Weyl", qui est un semi-métal topologique couplé à la lumière. Dans ce cas, le courant électrique peut être véhiculé sous forme de quasi-particules appelées fermions de Weyl. Parce que ces quasi-particules se déplacent comme si elles avaient une masse nulle et résistent à la dispersion, les fermions de Weyl peuvent se déplacer facilement à travers le matériau.

"Les semi-métaux de Floquet-Weyl présentent une poignée de propriétés rares qui peuvent être utilisées dans les appareils électroniques, notamment une mobilité élevée, une résistance magnétique titanesque et des courants polarisés en spin", explique l'auteur, le professeur Ken-ichi Hino. Dans le travail actuel, les chercheurs ont montré que lorsqu'un laser à onde continue polarisé circulairement gaucher est réglé avec une fréquence qui correspond presque à l'écart d'énergie dans le matériau, les électrons de spin-down et ceux de spin-up forment des phases différentes, un Weyl semi-métal et un isolant à espace étroit. Ce dernier est au voisinage d'un autre semi-métal topologique appelé semi-métal à lignes nodales.

"Notre exploration de la dynamique transitoire des excitations dans l'arséniure de zinc peut approfondir la compréhension de la physique sous-jacente de ces matériaux", déclare l'auteur principal Runnan Zhang. Cette recherche fondamentale peut également contribuer à accélérer le développement de techniques d'aimantation de surface induite par la lumière de matériaux non magnétiques. + Explorer plus loin

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