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FP7

MAGNETOP Résultat en bref

Project ID: 274769
Financé au titre de: FP7-PEOPLE
Pays: Espagne

Les nouvelles recherches menées sur les isolants topologiques pourraient donner naissance à des ordinateurs quantiques.

Les chercheurs européens ont analysé l'influence des champs magnétiques sur le comportement des isolants topologiques, ces matériaux pouvant présenter de nouveaux états électroniques quantiques à leur périphérie. La manipulation et le confinement de ces états peuvent faire en sorte que ces isolants topologiques soient utilisés en informatique quantique.
Les nouvelles recherches menées sur les isolants topologiques pourraient donner naissance à des ordinateurs quantiques.
Les isolants quantiques sont une nouvelle catégorie de matériaux se comportant comme des isolants en leur sein, mais dont les surfaces contiennent des états conducteurs au contact avec d'autres isolants. Les états superficiels des isolants topologiques présentent une propriété étrange: le sens du mouvement électronique est étroitement lié à l'orientation du spin. Ces états conducteurs peuvent être interrompus en cas d'inversion du spin des électrons.

Ce comportement calqué sur le spin empêche le phénomène de rétro-diffusion (backscattering). Les imperfections qui élimineraient les propriétés électroniques du matériau n'ont que peu d'effet. Toutefois, les surfaces topologiques conservent le courant des spins sans dissipation et la protection contre la rétro-diffusion sur une distance de quelques microns. Les mécanismes de rétrodiffusion sur de longues distances signalés sur le tellurure de mercure (HgTe) demeurent obscurs.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs ont lancé le projet MAGNETOP (Probing the effect of time reversal symmetry breaking by the application of a local magnetic field in topological insulators). Les travaux portaient sur l'étude de l'effet de faibles champs magnétiques sur la diffusion, en veillant à établir une distinction entre l'apport des fluctuations du champ électrique et les champs magnétiques locaux.

Grâce à la microscopie à balayage de grille (SGM, pour Scanning Gate Microscopy), l'équipe a pu sonder le transport électronique et la diffusion au niveau des puits quantiques de HgTe. Les résultats devraient non seulement permettre de mieux comprendre les mécanismes de dispersion dans les états Hall du spin quantique, mais aussi montrer dans quelle mesure les bords interagissent avec les transporteurs au sein de la matière brute dès lors qu'elle devient conductrice.

Les chercheurs ont également étudié l'effet du confinement des transporteurs dans une cavité de Fabry-Pérot pour les puits quantiques HgTe. Des jonctions bipolaires ont été créées, combinant ainsi l'effet d'une tension au niveau de la grille arrière et de la grille supérieure. L'interférence quantique résultante a été détectée dans les relevés de transport. Les résultats devraient fournir des informations plus précises sur le rôle du confinement dans les états de bord et leur interaction avec les transporteurs massifs en l'absence et en présence d'un faible champ magnétique. Par ailleurs, les résultats peuvent être utilisés pour l'étude de l'interaction entre l'effet Hall quantique et l'effet Hall quantique de spin en présence de champs magnétiques importants.

Les expériences réalisées sur de fins échantillons dans de puissants champs magnétiques par microscopie sMIM (pour scanning microwave impendance microscopy) ont fait état d'une conduction inattendue au niveau des bords. Ces résultats mettent à mal la théorie actuelle selon laquelle les champs magnétiques puissants annulent les états par conduction protégés.

Les recherches menées dans le cadre du projet MAGNETOP sur le comportement des états de bord en présence de champs magnétiques devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes de dispersion des électrons. La manipulation des champs magnétiques en présence de tels états est importante pour l'avenir des circuits électroniques et des transistors. Tous les résultats du projet ont été publiés dans des revues spécialisées.

Informations connexes

Mots-clés

Isolants topologiques, ordinateurs quantiques, champs magnétiques, dispersion, MAGNETOP, Hall quantique de spin
Numéro d'enregistrement: 183076 / Dernière mise à jour le: 2016-07-26
Domaine: TI, Télécommunications