Une équipe de recherche dirigée par un physicien de l'Université de Californie à Riverside a mis en évidence un nouvel état magnétisé dans une monocouche de ditellurure de tungstène, ou WTe₂ , un nouveau matériau quantique. Appelé isolant Hall de spin quantique magnétisé ou ferromagnétique, ce matériau d'une épaisseur d'un atome a un intérieur isolant mais un bord conducteur, ce qui a des implications importantes pour le contrôle du flux d'électrons dans les nanodispositifs.

Dans un conducteur typique, le courant électrique circule uniformément partout. Les isolateurs, en revanche, ne conduisent pas facilement l'électricité. Ordinairement, monocouche WTe₂ est un isolant spécial avec un bord conducteur; la magnétiser lui confère des propriétés plus inhabituelles.

"Nous avons empilé la monocouche WTe₂ avec un ferromagnétique isolant de plusieurs épaisseurs de couche atomique - de Cr₂ Ge₂ Te₆ , ou simplement CGT, et a constaté que le WTe₂ avait développé le ferromagnétisme avec un bord conducteur ", a déclaré Jing Shi, un éminent professeur de physique et d'astronomie à l'UCR, qui a dirigé l'étude. "Le flux de bord des électrons est unidirectionnel et peut être amené à changer de direction à l'aide d'un externe champ magnétique."

Shi a expliqué que lorsque seul le bord conduit l'électricité, la taille de l'intérieur du matériau est sans importance, ce qui permet de réduire la taille des appareils électroniques qui utilisent de tels matériaux, voire presque aussi petit que le bord conducteur. Étant donné que les appareils utilisant ce matériau consommeraient moins d'énergie et dissiperaient moins d'énergie, ils pourraient être rendus plus économes en énergie. Les batteries utilisant cette technologie, par exemple, dureraient plus longtemps.

Les résultats de l'étude apparaissent dans Nature Communications .

Actuellement, la technologie ne fonctionne qu'à très basse température; Le CGT est ferromagnétique à environ 60 K (ou -350 F). L'objectif des recherches futures serait de faire fonctionner la technologie à des températures plus élevées, permettant de nombreuses applications nanoélectroniques telles que les puces de mémoire non volatile utilisées dans les ordinateurs et les téléphones portables.

Selon Shi, le bord conducteur dans les isolateurs Hall à spin quantique idéaux comprend deux canaux étroits côte à côte, semblable à une autoroute à deux voies avec des voitures roulant dans des directions opposées. Les électrons circulant dans un canal ne peuvent pas traverser l'autre canal, a déclaré Shi, à moins que des impuretés ne soient introduites. Le bord conducteur en monocouche WTe₂ a été visualisé pour la première fois dans une étude antérieure par le co-auteur Yongtao Cui, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'UCR et collègue de Shi.

"C'est deux canaux par bord", a déclaré Shi. "Si vous éliminez un canal, vous vous retrouvez avec un courant ne circulant que dans une seule direction, vous laissant avec ce qu'on appelle un isolant Hall anormal quantique, encore un autre matériau quantique spécial. Un tel isolant n'a qu'une seule voie d'autoroute, pour utiliser l'autoroute. analogie. Cet isolant transporte les électrons d'une manière entièrement polarisée en spin."

D'autre part, le WTe₂ magnétisé que Shi et ses collègues ont expérimenté est appelé un isolant Hall de spin quantique ferromagnétique, qui a un bord conducteur avec des électrons partiellement polarisés en spin.

"Dans les deux canaux des isolants Hall à spin quantique ferromagnétiques, nous avons un nombre inégal d'électrons circulant dans des directions opposées, ce qui donne un courant net, que nous pouvons contrôler avec un aimant externe", a déclaré Shi.

Selon Shi, des matériaux quantiques tels que WTe₂ sont l'avenir de la nanoélectronique.

"La loi CHIPS encouragera les chercheurs à proposer de nouveaux matériaux dont les propriétés sont supérieures à celles des matériaux en silicium actuels", a-t-il déclaré. + Explorer plus loin

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