La propriété géométrique étudiée, c'est-à-dire la métrique quantique, a été détectée comme un signal électrique distinct de la conduction électrique ordinaire. Cette percée révèle la science quantique fondamentale des électrons et ouvre la voie à la conception de dispositifs spintroniques innovants utilisant la conduction non conventionnelle émergeant de la métrique quantique.

Les détails de l'étude ont été publiés dans la revue Nature Physics. le 22 avril 2024.

La conduction électrique, cruciale pour de nombreux appareils, suit la loi d'Ohm :un courant réagit proportionnellement à la tension appliquée. Mais pour réaliser de nouveaux dispositifs, les scientifiques ont dû trouver un moyen d'aller au-delà de cette loi.

C’est ici qu’intervient la mécanique quantique. Une géométrie quantique unique connue sous le nom de métrique quantique peut générer une conduction non ohmique. Cette métrique quantique est une propriété inhérente au matériau lui-même, ce qui suggère qu'il s'agit d'une caractéristique fondamentale de la structure quantique du matériau.

Le terme « métrique quantique » s'inspire du concept « métrique » de la relativité générale, qui explique comment la géométrie de l'univers se déforme sous l'influence de forces gravitationnelles intenses, comme celles autour des trous noirs. De même, dans la poursuite de la conception d'une conduction non ohmique dans les matériaux, il devient impératif de comprendre et d'exploiter la métrique quantique.

Cette métrique délimite la géométrie de « l’univers électronique », analogue à l’univers physique. Plus précisément, le défi consiste à manipuler la structure métrique quantique au sein d'un seul appareil et à discerner son impact sur la conduction électrique à température ambiante.

L'équipe de recherche a rapporté une manipulation réussie de la structure quantique métrique à température ambiante dans une hétérostructure en couche mince comprenant un aimant exotique, Mn₃ Sn, et un heavy metal, Pt. Mn₃ Sn présente une texture magnétique essentielle lorsqu'il est adjacent à Pt, qui est considérablement modulée par un champ magnétique appliqué.

L’équipe a détecté et contrôlé magnétiquement une conduction non ohmique appelée effet Hall du deuxième ordre, dans laquelle la tension répond de manière orthogonale et quadratique au courant électrique appliqué. Grâce à une modélisation théorique, ils ont confirmé que les observations peuvent être décrites exclusivement par la métrique quantique.

"Notre effet Hall du second ordre découle de la structure quantique métrique qui se couple à la texture magnétique spécifique du Mn₃ Interface Sn/Pt. Par conséquent, nous pouvons manipuler de manière flexible la métrique quantique en modifiant la structure magnétique du matériau grâce à des approches spintroniques et vérifier une telle manipulation dans le contrôle magnétique de l'effet Hall du second ordre", a expliqué Jiahao Han, l'auteur principal de cette étude. P>

Le principal contributeur à l'analyse théorique, Yasufumi Araki, a ajouté :« Les prédictions théoriques postulent la métrique quantique comme un concept fondamental qui relie les propriétés matérielles mesurées expérimentalement aux structures géométriques étudiées en physique mathématique. difficile. J'espère que notre approche expérimentale pour accéder à la métrique quantique fera progresser ces études théoriques. "

Le chercheur principal Shunsuke Fukami a déclaré :« Jusqu'à présent, on croyait que la métrique quantique était inhérente et incontrôlable, tout comme l'univers, mais nous devons maintenant changer cette perception. Nos découvertes, en particulier le contrôle flexible à température ambiante, pourraient offrir de nouvelles possibilités. opportunités de développer des dispositifs fonctionnels tels que des redresseurs et des détecteurs à l'avenir."