02 avril 2024 (Actualités Nanowerk) Des phases topologiques doubles ont été découvertes dans un cristal monocouche intrinsèque, une découverte qui révèle de nouvelles propriétés uniques de contournement des règles dans un matériau quantique, a récemment rapporté une équipe internationale de scientifiques dirigée par des physiciens du Boston College dans la revue Nature ("Isolateur Hall à double spin quantique par corrélations à densité ajustée dans TaIrTe4"). La découverte d'un double isolateur topologique introduit une nouvelle méthode pour créer des minibandes plates topologiques via des interactions électroniques, qui offrent une plate-forme prometteuse pour l'exploration des phases quantiques exotiques et de l'électromagnétisme, a rapporté l'équipe. «Nous avons produit expérimentalement des échantillons de TaIrTe de haute qualité et atomiquement minces.4 et développé les appareils électroniques correspondants », Qiong Ma, professeur adjoint de physique au Boston College, auteur principal du rapport. "Ce qui est particulièrement intriguant, c'est notre découverte non pas d'un, mais de deux états topologiques isolants, au-delà des prédictions de la théorie."
Dirigée par Qiong Ma, physicien du Boston College, une équipe internationale travaillant avec des cristaux épais à un seul atome a découvert TaIrTe4' transition entre les deux états topologiques distincts d'isolation et de conduction. Le matériau présentait une conductivité électrique nulle à l’intérieur, tandis que ses limites restaient conductrices. L'enquête de l'équipe a déterminé que les deux états topologiques proviennent d'origines disparates. Les nouvelles propriétés peuvent constituer une plate-forme prometteuse pour l’exploration des phases quantiques exotiques et de l’électromagnétisme. (Image : Qiong Ma, Boston College) Les résultats introduisent un nouvel effet que l'équipe appelle le double isolant topologique ou l'isolant Hall à double spin quantique, a déclaré Ma. Couches bidimensionnelles exceptionnellement fines d'un matériau cristallin appelé TaIrTe4, créés à partir de tantale, d'iridium et de tellure, ont fait l'objet d'une équipe de scientifiques de la Colombie-Britannique, du MIT, de l'Université Harvard, de l'UCLA, du Texas A&M, de l'Université du Tennessee, de l'Université technologique Nanyang de Singapour, de l'Académie chinoise des sciences et du National Japan's National Institut de science des matériaux. Chaque couche est inférieure à 1 nanomètre épais, c'est plus de 100,000 XNUMX fois plus fin qu'une mèche de cheveux humains. Ces couches, ou « flocons », ont été soigneusement décollées d’un cristal plus grand à l’aide d’une méthode simple impliquant du ruban adhésif transparent, une technique récompensée par le prix Nobel et largement utilisée en science des matériaux. "Notre enquête visait à comprendre comment ces matériaux conduisent l'électricité", a déclaré Ma. « Compte tenu de la taille minuscule de ces matériaux, nous avons utilisé des nanofabrication techniques, y compris photolithographie ainsi que lithographie par faisceau d'électrons, pour établir des contacts électriques de taille nanométrique. Ma a déclaré que l'objectif principal du projet était de tester la prédiction théorique suggérant le TaIrTe le plus mince.4 La couche agit comme un isolant topologique bidimensionnel – également connu sous le nom d’isolant Hall à spin quantique – un nouveau matériau dont l’intérieur est isolant et où l’électricité circule le long de ses limites sans aucune perte d’énergie. Cette combinaison unique fait de ces matériaux une priorité pour les chercheurs qui tentent de développer les futures générations d'appareils électroniques économes en énergie. Grâce à la manipulation de paramètres spécifiques, appelés tensions de grille, l'équipe a découvert TaIrTe4C'est la transition entre les deux états topologiques distincts, a déclaré Ma. Dans les deux cas, le matériau présente une conductivité électrique nulle à l’intérieur de son intérieur, tandis que ses limites restent conductrices. Grâce à des recherches expérimentales et théoriques systématiques, nous avons déterminé que ces deux états topologiques proviennent d'origines disparates. Les résultats, qui dépassent les prévisions théoriques, ont surpris les scientifiques. "En règle générale, l'ajout d'électrons à un matériau augmente sa conductivité en raison du plus grand nombre de porteurs de charge ou d'électricité", a expliqué Ma. « Au départ, notre système s’est comporté comme prévu et est devenu plus conducteur grâce à l’ajout d’électrons. Cependant, au-delà d'un certain point, l'ajout d'électrons supplémentaires a rendu l'intérieur à nouveau isolant de manière inattendue, avec une conduction électrique uniquement aux limites et sans perte d'énergie, ce qui est exactement à nouveau une phase d'isolation topologique, tout comme au point de départ lorsque l'intérieur n'a pas d'électrons. Ce passage à une deuxième phase d’isolation topologique est totalement inattendu. Ma a déclaré que les travaux futurs sur la découverte incluraient des collaborations avec des groupes compétents dans d'autres techniques spécialisées, comme à l'échelle nanométrique sondes d’imagerie, pour mieux comprendre le comportement inattendu. "Nous nous concentrerons également sur l'amélioration de la qualité de notre matériau afin d'améliorer la conduction topologique sans dissipation, déjà impressionnante", a déclaré Ma. "De plus, nous prévoyons de construire des hétérostructures basées sur ce nouveau matériau pour débloquer des comportements physiques encore plus intrigants."
Dirigée par Qiong Ma, physicien du Boston College, une équipe internationale travaillant avec des cristaux épais à un seul atome a découvert TaIrTe4' transition entre les deux états topologiques distincts d'isolation et de conduction. Le matériau présentait une conductivité électrique nulle à l’intérieur, tandis que ses limites restaient conductrices. L'enquête de l'équipe a déterminé que les deux états topologiques proviennent d'origines disparates. Les nouvelles propriétés peuvent constituer une plate-forme prometteuse pour l’exploration des phases quantiques exotiques et de l’électromagnétisme. (Image : Qiong Ma, Boston College) Les résultats introduisent un nouvel effet que l'équipe appelle le double isolant topologique ou l'isolant Hall à double spin quantique, a déclaré Ma. Couches bidimensionnelles exceptionnellement fines d'un matériau cristallin appelé TaIrTe4, créés à partir de tantale, d'iridium et de tellure, ont fait l'objet d'une équipe de scientifiques de la Colombie-Britannique, du MIT, de l'Université Harvard, de l'UCLA, du Texas A&M, de l'Université du Tennessee, de l'Université technologique Nanyang de Singapour, de l'Académie chinoise des sciences et du National Japan's National Institut de science des matériaux. Chaque couche est inférieure à 1 nanomètre épais, c'est plus de 100,000 XNUMX fois plus fin qu'une mèche de cheveux humains. Ces couches, ou « flocons », ont été soigneusement décollées d’un cristal plus grand à l’aide d’une méthode simple impliquant du ruban adhésif transparent, une technique récompensée par le prix Nobel et largement utilisée en science des matériaux. "Notre enquête visait à comprendre comment ces matériaux conduisent l'électricité", a déclaré Ma. « Compte tenu de la taille minuscule de ces matériaux, nous avons utilisé des nanofabrication techniques, y compris photolithographie ainsi que lithographie par faisceau d'électrons, pour établir des contacts électriques de taille nanométrique. Ma a déclaré que l'objectif principal du projet était de tester la prédiction théorique suggérant le TaIrTe le plus mince.4 La couche agit comme un isolant topologique bidimensionnel – également connu sous le nom d’isolant Hall à spin quantique – un nouveau matériau dont l’intérieur est isolant et où l’électricité circule le long de ses limites sans aucune perte d’énergie. Cette combinaison unique fait de ces matériaux une priorité pour les chercheurs qui tentent de développer les futures générations d'appareils électroniques économes en énergie. Grâce à la manipulation de paramètres spécifiques, appelés tensions de grille, l'équipe a découvert TaIrTe4C'est la transition entre les deux états topologiques distincts, a déclaré Ma. Dans les deux cas, le matériau présente une conductivité électrique nulle à l’intérieur de son intérieur, tandis que ses limites restent conductrices. Grâce à des recherches expérimentales et théoriques systématiques, nous avons déterminé que ces deux états topologiques proviennent d'origines disparates. Les résultats, qui dépassent les prévisions théoriques, ont surpris les scientifiques. "En règle générale, l'ajout d'électrons à un matériau augmente sa conductivité en raison du plus grand nombre de porteurs de charge ou d'électricité", a expliqué Ma. « Au départ, notre système s’est comporté comme prévu et est devenu plus conducteur grâce à l’ajout d’électrons. Cependant, au-delà d'un certain point, l'ajout d'électrons supplémentaires a rendu l'intérieur à nouveau isolant de manière inattendue, avec une conduction électrique uniquement aux limites et sans perte d'énergie, ce qui est exactement à nouveau une phase d'isolation topologique, tout comme au point de départ lorsque l'intérieur n'a pas d'électrons. Ce passage à une deuxième phase d’isolation topologique est totalement inattendu. Ma a déclaré que les travaux futurs sur la découverte incluraient des collaborations avec des groupes compétents dans d'autres techniques spécialisées, comme à l'échelle nanométrique sondes d’imagerie, pour mieux comprendre le comportement inattendu. "Nous nous concentrerons également sur l'amélioration de la qualité de notre matériau afin d'améliorer la conduction topologique sans dissipation, déjà impressionnante", a déclaré Ma. "De plus, nous prévoyons de construire des hétérostructures basées sur ce nouveau matériau pour débloquer des comportements physiques encore plus intrigants."
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