Optimiser les isolants topologiques
Un nouvel ensemble de matériaux est prêt à révolutionner le domaine des systèmes de matière condensée. Les IT se comportent en tant qu'isolants à l'intérieur, tandis qu'ils forment des états conducteurs à leur surface, ce qui aboutit à de nouveaux états électroniques de la matière. Le financement par l'UE du projet TEMSSOC («Topological effects in matter with strong spin-orbit coupling») a permis aux scientifiques de trouver de nouveaux moyens de créer, manipuler et analyser les phases topologiques des systèmes de matière condensée. Une partie de la recherche était orientée vers l'utilisation de la lumière pour conduire des isolants ordinaires dans un état topologique. Les scientifiques ont utilisé du graphène pour décrire les IT bidimensionnels car il présente en grande partie les mêmes propriétés physiques. Son couplage spin-orbite aboutit à un nouvel état électronique de la matière, appelé état de Hall quantique de spin, caractérisé par des états conducteurs circulant autour d'un volume. De nouvelles phases topologiques ont été prédites en présence d'une forte tension mécanique. Outre l'étude des phases topologiques, le travail a également été consacré au développement de nouvelles plateformes pour la fabrication d'IT. Dans ce but, les membres du projet ont utilisé du graphène sous tension avec des champs pseudomagnétiques forts pour créer des IT fractionnaires. En outre, ils ont étudié les propriétés de transport de surface des IT en présence d'une forte déformation de gauchissement de leur surface de Fermi. Celles-ci se sont révélées dépendre fortement de l'amplitude de gauchissement hexagonal, sauf pour les composés à base de bismuth. Des photons térahertz ont été utilisés pour sonder l'hélicité et la robustesse des états de bord. Excité sur des photons polarisés de manière circulaire, le spin électronique adoptait l'orientation de spin imposée par la lumière polarisée circulairement par la droite ou par la gauche. Cela signifie que le spin pourrait être systématiquement manipulé, en fonction de la lumière utilisée. Le projet a également apporté des éclaircissements importants sur la manière dont des courants peuvent être induits dans les IT. Un autre moyen de sonder les modes de bord était de créer une rétrodiffusion réglable en combinant un champ magnétique externe et un couplage spin-orbite Rashba, contrôlé par une porte locale. Le projet TEMSSOC devrait susciter des études sur les IT dans l'UE car ces composés ont pour l'instant été étudiés essentiellement aux États-Unis. En plus des systèmes de matière condensée, les résultats du projet devraient également être utiles dans le domaine de la physique des hautes énergies et de la physique nucléaire.
Mots‑clés
Isolant topologique, calcul, systèmes de matière condensée, couplage spin-orbite, graphène, tension mécanique, rétrodiffusion réglable
