Des scientifiques de l'Université de Wollongong (UOW), travailler avec des collègues de l'université chinoise de Beihang, Université de Nankaï, et Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, ont réussi à créer une échelle atomique, réseau de kagome électronique bidimensionnel avec des applications potentielles en électronique et en informatique quantique.

Le document de recherche est publié dans le numéro de novembre de Avancées scientifiques .

Un treillis kagome tire son nom d'un motif traditionnel japonais en bambou tissé composé de triangles et d'hexagones entrelacés.

L'équipe de recherche a créé le réseau kagome en superposant et en tordant deux nanofeuillets de silicène. Le silicone est un produit à base de silicium, d'un atome d'épaisseur, Matériau Dirac fermion à structure hexagonale en nid d'abeille, que les électrons peuvent traverser à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

Lorsque le silicène est tordu en un treillis kagome, cependant, les électrons deviennent "piégés", encerclant dans les hexagones du treillis.

Dr Yi Du, qui dirige le groupe de microscopie à effet tunnel (STM) de l'Institut des matériaux supraconducteurs et électroniques (ISEM) de l'UOW et du Centre commun de recherche Beihang-UOW, est l'auteur correspondant de l'article.

Il a déclaré que les scientifiques s'intéressent depuis longtemps à la fabrication d'un réseau kagome 2D en raison des propriétés électroniques théoriques utiles d'une telle structure.

« Les théoriciens ont prédit il y a longtemps que si vous insérez des électrons dans un réseau de kagome électronique, des interférences destructrices signifieraient les électrons, au lieu de s'écouler, se retournerait plutôt dans un vortex et se bloquerait dans le réseau. C'est l'équivalent de quelqu'un qui s'égare dans un labyrinthe et n'en sort jamais, " dit le Dr Du.

"Le point intéressant est que les électrons ne seront libres que lorsque le réseau sera brisé, lorsque vous créez une arête. Lorsqu'un bord se forme, les électrons se déplaceront avec lui sans aucune résistance électrique - il a une très faible résistance, donc très faible énergie et les électrons peuvent se déplacer très rapidement, à la vitesse de la lumière. Ceci est d'une grande importance pour la conception et le développement de dispositifs à faible coût énergétique.

"Pendant ce temps, avec un fort effet de couplage spin-orbital, nouveaux phénomènes quantiques, tels que l'effet Hall quantique frictionnel, devraient se produire à température ambiante. Cela ouvrira la voie aux appareils quantiques à l'avenir. »

Alors que les propriétés théoriques d'un réseau de kagome électronique l'ont rendu d'un grand intérêt pour les scientifiques, créer un tel matériau s'est avéré extrêmement difficile.

"Pour que cela fonctionne comme prévu, vous devez vous assurer que le réseau est constant, et que les longueurs du réseau sont comparables aux longueurs d'onde de l'électron, ce qui exclut beaucoup de matériaux, " dit le Dr Du.

"Ce doit être un type de matériau sur lequel l'électron ne peut se déplacer qu'à la surface. Et vous devez trouver quelque chose de conducteur, et a également un effet de couplage spin-orbital très fort.

"Il n'y a pas beaucoup d'éléments dans le monde qui ont ces propriétés."

Un élément qui le fait est le silicène. Le Dr Du et ses collègues ont créé leur réseau kagome électronique 2-D en tordant ensemble deux couches de silice. À un angle de rotation de 21,8 degrés, ils formaient un réseau kagome.

Et quand les chercheurs y ont mis des électrons, il s'est comporté comme prévu.

"Nous avons observé tous les phénomènes quantiques prédits théoriquement dans notre réseau artificiel kagome en silicène, " dit le Dr Du.

Les avantages attendus de cette percée seront des appareils électroniques beaucoup plus économes en énergie et plus rapides, ordinateurs plus puissants.