Le stanène est un isolant topologique composé d'atomes généralement disposés selon un schéma similaire à ceux à l'intérieur du graphène. Les films de Stanène se sont révélés prometteurs pour la réalisation de nombreuses phases physiques intrigantes, notamment la phase Hall de spin quantique et la supraconductivité intrinsèque.

Certaines études théoriques ont également suggéré que ces films pourraient héberger une supraconductivité topologique, un état particulièrement précieux pour le développement de la technologie de l'informatique quantique. Jusqu'à présent, cependant, les états de bord topologiques dans le stanène n'avaient pas été observés de manière fiable et cohérente dans des contextes expérimentaux.

Des chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai, de l'Université des sciences et technologies de Chine, de l'Université du Henan, de l'Université de Zhengzhou et d'autres instituts en Chine ont récemment démontré la coexistence d'états de bord topologiques et de supraconductivité dans des films de stanène à une à cinq couches placés sur le Bi (111) substrat. Leurs observations, décrites dans un article publié dans Physical Review Letters , pourrait avoir des implications importantes pour le développement de dispositifs quantiques à base de Stanene.

« Le présent travail est un dernier pas en avant dans notre recherche systématique à la suite de nos travaux précédents publiés en 2015, qui représentaient le premier rapport sur la croissance réussie d'une couche monoatomique de stanène (ML) », Jinfeng Jia, l'un des chercheurs qui a effectué l'étude, a déclaré Phys.org. "Le défi a été, à l'époque, le Bi₂ Te₃ le substrat impose une contrainte de compression à la couche de stanène, conduisant à un chevauchement défavorable entre ses bandes de conduction et de valence."

S'appuyant sur les découvertes précédentes, l'équipe de Jia et d'autres groupes de recherche dans le monde ont tenté de réaliser la supraconductivité topologique dans le stanène placé sur divers substrats avec des contraintes de réseau plus importantes que Bi₂ Te₃ , car ceux-ci pourraient conserver la topologie non triviale du stanène. Pourtant, jusqu'à présent, très peu avaient réussi.

Pour construire des technologies informatiques quantiques efficaces basées sur des films de stanène, les physiciens devront d'abord identifier un substrat qui peut être utilisé pour faire croître du stanène stable avec des propriétés topologiques non triviales et une supraconductivité intrinsèque. C'est ce que Jia et ses collègues ont entrepris de faire dans leur récent article.

"Le but ultime de notre récent article est de réaliser le supraconducteur topologique en stanène, un système de matériau à un seul élément", a déclaré Jia. "Un tel substrat souhaitable a été identifié par notre étude théorique plus récente, pointant vers le substrat Bi(111)."

Dans leurs expériences, Jia et ses collègues ont collecté des mesures en utilisant la microscopie à effet tunnel et la spectroscopie à une température ultra basse de 400 mK. Ces méthodes leur ont permis de détecter des états de bord topologiques localisés sur leurs échantillons de stanène à l'échelle nanométrique et de confirmer l'appariement supraconducteur dans le matériau.

"Nos calculs selon les premiers principes ont confirmé la topologie non triviale de ces films et l'importance vitale d'un couplage spin-orbital significatif fourni par le substrat Bi(111)", a expliqué Jia. "Nous avons également montré que l'hydrogène est indispensable pour modifier le mode de croissance afin d'obtenir une croissance lisse et couche par couche."

Les travaux récents de cette équipe de chercheurs démontrent de manière concluante la coexistence d'états de bord topologiques et de supraconductivité dans les films de stanène. Contrairement à d'autres réalisations précédentes de ces états, dans leur échantillon, ces deux propriétés sont englobées dans un système à un seul élément, plutôt que dans une hétérostructure compliquée.

Les courtes longueurs de pénétration bilatérale des états de bord observées par Jia et ses collègues sont particulièrement favorables au développement de dispositifs conducteurs à faible perte avec des canaux de bord denses. De plus, la plate-forme de film de stanène identifiée par les chercheurs pourrait permettre le développement de dispositifs informatiques quantiques topologiques basés sur moins de couches de stanène.

"Pour le système stanène/Bi (111), la prochaine étape consiste à identifier la symétrie d'appariement de sa supraconductivité et à réaliser les modes zéro de Majorana en créant des limites pour le canal de bord en boucle fermée", a ajouté Jia. "L'objectif de notre groupe, à terme, est de réaliser l'opération de tressage des modes de Majorana et même de pousser vers l'informatique quantique topologique." + Explorer plus loin

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