(PhysOrg.com) -- Une substance bizarre qui devrait réduire l'électronique et donner aux physiciens quantiques un nouveau jouet de table se comporte à peu près comme ses concepteurs l'attendaient.

Le mois dernier à Matériaux naturels , Les chercheurs du SLAC et leurs collègues de Stanford ont confirmé comment le courant électrique se déplace sur de minuscules rubans d'isolant topologique, un matériau qui isole dans sa masse mais conduit exceptionnellement bien à la surface. Le travail est né d'une étroite collaboration entre les groupes de recherche du chercheur de Stanford Yi Cui, et Zhi-Xun Shen et Shoucheng Zhang du Stanford Institute for Materials and Energy Science.

« Les propriétés du courant électrique sont très difficiles à étudier dans un échantillon global typique de ces isolants topologiques, " dit Shen, directeur du SIMES, un institut conjoint Stanford/SLAC. "En fabriquant de très petits nanorubans, nous avons pu étudier les propriétés de surface uniques."

Dans des rubans extrêmement minces du séléniure de bismuth composé, le grand rapport entre les bords et les entrailles rend les propriétés les plus froides du matériau faciles à détecter. Les électrons circulant sur la surface du nanoruban s'écoulent de manière particulièrement fluide, faire comme s'ils n'avaient pas de masse, et ont une rotation fixe, du moins lorsque les rubans sont immergés dans de l'hélium liquide glacial. En principe, les propriétés pourraient s'étendre à la température ambiante.

"Cela ouvre beaucoup d'applications futures, " a déclaré le physicien et co-auteur du SIMES Yulin Chen. Le matériau pourrait être une aubaine pour la spintronique, une technologie qui utilise le spin des électrons pour stocker des informations. Les applications de la spintronique comprennent de minuscules puces et capteurs informatiques, et l'informatique quantique.

Mais les applications ne sont qu'une partie de l'attrait du fond. En raison de leurs propriétés de surface uniques, les rubans ouvrent un nouveau terrain d'essai pour les théories physiques, a déclaré le co-auteur Keji Lai, un chercheur postdoctoral dans le groupe de Shen. L'« explosion » d'articles de recherche sur le sujet depuis que ces propriétés exotiques ont été prédites en 2006 témoigne de l'enthousiasme des physiciens.

« Nous pouvons réellement jouer avec des systèmes de table et comprendre la mécanique quantique de très haut niveau, " Lai a déclaré. "Ce [nouveau résultat] ouvre vraiment la voie à ce genre d'expérience."

Le travail est né d'une conversation informelle entre Lai et le scientifique des matériaux Hailin Peng, auparavant dans le groupe Cui au Département de science et d'ingénierie des matériaux de Stanford et maintenant membre du corps professoral de l'Université de Pékin, Chine.

"J'ai discuté avec lui pendant le déjeuner et lui ai parlé de cette famille de matériaux intéressants, " Lai a déclaré. "Il est revenu le lendemain et a dit qu'ils ont une idée de la façon de les construire et de les rendre très minces. Une semaine plus tard, il m'a montré des images au microscope électronique de ces matériaux sous forme de ruban."

Peng, avec les étudiants diplômés de Cui, Desheng Kong et Stefan Meister, utilisé une technique bien connue appelée "Synthèse Vapeur-Liquide-Solide" pour faire croître les rubans. La vapeur de séléniure de bismuth réagit à basse pression et à la chaleur du four avec des nanoparticules d'or spécialement préparées pour former de minuscules gouttelettes liquides. Une fois saturé, le liquide commence à germer des rubans solides de séléniure de bismuth, chacun attaché à une particule d'or. Le diamètre des particules d'or dicte l'épaisseur des nanorubans.

Rendre les nanorubans de plus en plus fins - jusqu'à ce qu'ils soient pratiquement en surface - peut être la clé pour voir leur comportement étrange à température ambiante. Selon Yi Cui, scientifique des matériaux de Stanford, qui collabore toujours avec Peng, ils peuvent désormais fabriquer des nanorubans d'à peine 10 atomes d'épaisseur, soit 25 fois plus fins que ceux décrits dans l'article de décembre.

A de si petites distances, les électrons en haut et en bas des nanorubans peuvent interagir, selon les prédictions des coauteurs et chercheurs du SIMES Zhang et Xiaoliang Qi. Seule la théorie a exploré les comportements bizarres que cette communication provoquerait.

"Nous sommes en quelque sorte au début de l'exploration de la science en ce moment, " Lai a déclaré. "Au début des semi-conducteurs, les gens passaient beaucoup de temps à comprendre la science fondamentale. Une fois qu'ils ont défini les propriétés physiques de ces matériaux, les ingénieurs étaient très puissants pour construire des structures complexes et les amener à la vie de tous les jours."

Lai et Chen aimeraient tous deux voir plus de scientifiques et d'ingénieurs des matériaux participer.

"Notre travail est de motiver et d'inspirer plus de personnes à rejoindre le domaine, " a dit Chen. " Plus il y a de gens dans ce domaine, plus les progrès peuvent être rapides. "