Les isolants topologiques sont une classe de matériaux possédant des propriétés électroniques uniques en raison de leur ordre topologique. Alors que les isolants classiques bloquent la circulation de l’électricité, les isolants topologiques permettent le passage du courant électrique le long de leurs surfaces tout en restant isolants à l’intérieur. Cette propriété résulte de la présence d'états de surface topologiques protégés par la topologie du matériau, ce qui les rend robustes aux défauts et aux impuretés.
Les isolants topologiques d’ordre supérieur sont une sous-classe d’isolants topologiques aux propriétés encore plus exotiques. En plus des états de surface topologiques, les isolants topologiques d'ordre supérieur présentent également des états topologiques de dimension supérieure, tels que les états de coins topologiques et les états de charnières topologiques. Ces états donnent lieu à une protection encore plus forte contre le désordre et offrent des applications potentielles en spintronique et en informatique quantique.
Cependant, la détection d’isolants topologiques d’ordre supérieur s’est avérée être une tâche difficile en raison de la faiblesse des signaux provenant de leurs états topologiques. Les physiciens du MIT ont surmonté ce défi en employant une technique appelée « spectroscopie de photoémission résolue en angle » (ARPES). ARPES consiste à projeter une lumière ultraviolette sur le matériau et à mesurer l'énergie et l'impulsion des électrons émis. En analysant les données ARPES, les chercheurs ont pu identifier les états de surface topologiques et extraire leurs propriétés clés.
La détection d'isolants topologiques d'ordre supérieur ouvre de nouvelles possibilités pour explorer leurs propriétés uniques et leurs applications potentielles. Ces matériaux pourraient être utilisés pour créer des transistors et des dispositifs électroniques plus efficaces, ainsi que des plates-formes pour étudier les phénomènes physiques fondamentaux et développer de nouvelles technologies quantiques.
L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Nuh Gedik, a souligné l'importance de leurs découvertes dans le contexte de la recherche sur les isolants topologiques. "Nos travaux fournissent un moyen direct d'identifier des isolants topologiques d'ordre supérieur en examinant leurs états de surface, ce qui pourrait accélérer considérablement la découverte et le développement de ces matériaux pour de futures applications technologiques", a déclaré le professeur Gedik.
Cette avancée devrait inspirer de nouvelles recherches et développements technologiques dans le domaine des isolants topologiques, repoussant les limites de la physique de la matière condensée et ouvrant la voie à de futures innovations dans les domaines de l’électronique et des technologies quantiques.
