De nouvelles recherches sur les phases topologiques de la matière pourraient stimuler les progrès dans les dispositifs quantiques innovants. Comme décrit dans un nouvel article publié dans la revue Nature Communications , une équipe de recherche comprenant des scientifiques du Los Alamos National Laboratory a utilisé une nouvelle approche d'ingénierie des contraintes pour convertir le matériau pentatellure d'hafnium (HfTe5 ) à une phase d'isolant topologique fort, augmentant sa résistance électrique globale tout en l'abaissant à la surface, une clé pour libérer son potentiel quantique.
"Je suis ravi que notre équipe ait pu montrer que les états de surface topologiques insaisissables et très recherchés peuvent devenir une voie de conduction électrique prédominante", a déclaré Michael Pettes, scientifique au Centre de nanotechnologies intégrées (CINT). au Laboratoire.
"Cela est prometteur pour le développement de types de dispositifs optoélectroniques quantiques, de détecteurs de matière noire et de dispositifs topologiquement protégés tels que les ordinateurs quantiques. Et la méthodologie que nous démontrons est compatible pour l'expérimentation sur d'autres matériaux quantiques."
À l'Université de Californie à Irvine, les membres de l'équipe de recherche ont cultivé le HfTe5 cristaux et a utilisé une approche d'ingénierie de déformation (en appliquant une force mécanique au matériau) à des températures cryogéniques de 1,5 Kelvin, soit environ moins 457 degrés Fahrenheit.
Au laboratoire CINT de Pettes à Los Alamos, les échantillons ont été soumis à une spectroscopie optique pour imager l'échantillon à l'échelle submicronique. Les chercheurs du CINT ont ensuite réalisé une spectroscopie de photoémission à résolution angulaire à l'Université du Tennessee, contribuant ainsi à éclairer les effets de l'ingénierie des contraintes.
L'équipe de recherche a réalisé que l'ingénierie des contraintes modifiait le comportement du HfTe5 , le faisant passer d'un isolant topologique faible à un isolant topologique fort. Autrement dit, la résistivité électrique globale du matériau, ou la résistance au passage du courant électrique, a augmenté de plus de trois ordres de grandeur.
Le matériau a également vu ses états de surface topologiques dominer le transport électronique. Ces propriétés pourraient rendre HfTe5 bien adapté aux appareils quantiques. Les résultats prometteurs sont également de bon augure pour étendre l'approche d'ingénierie des déformations à l'étude des transitions de phase topologiques dans les matériaux et hétérostructures de Van der Waals, des structures de type treillis caractérisées par une forte liaison dans le plan et une faible liaison hors plan entre les éléments. des atomes ou des molécules, comme les pages d'un livre.
Lorsqu'elle est étudiée avec un champ magnétique élevé, la propriété topologique nouvellement découverte peut aider à découvrir des phénomènes liés à la physique exotique tels que les anomalies quantiques, la rupture inexpliquée de la symétrie en physique. De nouvelles expériences sont menées au Laboratoire national de champs magnétiques élevés de Los Alamos – Installation de champs pulsés, sujet HfTe5 résister à des champs magnétiques ultra-élevés allant jusqu'à 65 Tesla.
Plus d'informations : Jinyu Liu et al, Transition de phase topologique pilotée par la déformation contrôlable et transport dominant de l'état de surface dans HfTe5, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-023-44547-7
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Laboratoire national de Los Alamos
