Depuis la découverte de l'effet Hall quantique (Prix Nobel 1985), la symétrie a été le principe directeur dans la recherche de matériaux topologiques. Aujourd'hui, une équipe internationale de chercheurs d'Allemagne, de Suisse et des États-Unis a introduit un principe directeur alternatif, la "quasi-symétrie", qui conduit à la découverte d'un nouveau type de matériau topologique avec un grand potentiel d'applications dans la spintronique et les technologies quantiques. Ce travail a été publié dans Nature Physics .

Contrairement à une symétrie propre qui agit uniformément sur l'ensemble de l'objet, l'opération de quasi-symétrie agit sélectivement sur différentes parties du système. Un exemple simplifié peut être une image miroir incomplète, dans laquelle certaines parties de l'objet sont en miroir mais d'autres ne le sont pas. Théoriquement, cela correspond à un système qui a une symétrie exacte en ne prenant en considération que l'approximation de base alors que des termes approximatifs supplémentaires brisent cette symétrie. Dans la structure de bande électronique d'un solide, cela impose des écarts d'énergie finis mais paramétriquement petits à certains points de faible symétrie dans l'espace des impulsions.

Dans leur nouveau travail, les chercheurs démontrent que la quasi-symétrie dans le semi-métal CoSi stabilise de minuscules écarts d'énergie sur un grand plan presque dégénéré. Cela se reflète dans la façon dont les électrons sont courbés en mouvement circulaire par un champ magnétique, connu sous le nom d'oscillations quantiques. L'application de la déformation dans le plan brise la symétrie cristalline qui n'écarte que les points dégénérés correspondants mais les points protégés par la quasi-symétrie restent intacts, observables par de nouvelles orbites de claquage magnétique. Ces résultats démontrent l'une des caractéristiques les plus importantes de la quasi-symétrie :sa robustesse face aux perturbations chimiques et physiques.

La plupart des matériaux topologiques découverts ces dernières années nécessitent une ingénierie précise de leur composition chimique pour être pertinents pour de futures applications technologiques. En revanche, les quasi-symétries éliminent le besoin d'un tel réglage fin car les caractéristiques topologiques peuvent être trouvées à n'importe quel potentiel chimique arbitraire. De plus, les matériaux topologiques à quasi-symétrie protégée sont robustes contre toute déformation physique qui brise la symétrie cristalline. De plus, les matériaux topologiques à quasi-symétrie protégée sont robustes contre les déformations physiques qui brisent la symétrie cristalline, une condition préalable clé pour leur application technologique via des procédés en couches minces.

Ces caractéristiques démontrent une nouvelle classe de matériaux topologiques avec une résilience accrue aux perturbations, ce qui simplifie leur utilisation dans la technologie. Les chercheurs pensent que ce premier exemple représente une étape importante vers la découverte de matériaux topologiques au-delà des classifications habituelles des groupes spatiaux, ce qui pourrait aider la communauté à ne pas négliger ce qui peut être caché à la vue de tous. + Explorer plus loin

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