Une équipe de physiciens dirigée par Lia Krusin-Elbaum du City College de New York a développé une nouvelle technique qui utilise des cations hydrogène (H+) pour manipuler des structures de bandes électroniques relativistes dans un semi-métal magnétique de Weyl, un matériau topologique dans lequel les électrons imitent des particules sans masse appelées fermions de Weyl. . Ces particules se distinguent par leur chiralité ou « manité » liée à leur spin et à leur impulsion.
Dans le matériau magnétique MnSb₂Te₄, les chercheurs ont dévoilé une capacité fascinante à « ajuster » et à améliorer la chiralité du transport électronique en introduisant des ions hydrogène, remodelant à la demande les paysages énergétiques, appelés nœuds de Weyl, au sein du matériau. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à un large éventail de nouvelles plates-formes de dispositifs quantiques permettant d’exploiter les états topologiques émergents pour une nouvelle nano-spintronique chirale et un calcul quantique tolérant aux pannes. Intitulée « Chiralité de transport générée par une inclinaison accordable de nœuds Weyl dans un aimant topologique de van der Waals », l’étude paraît dans la revue Communications naturelles.
L’accord des nœuds de Weyl avec H+ guérit le trouble de la liaison (Mn-Te) du système et réduit la diffusion entre les nœuds. Dans ce processus, que l’équipe du City College teste au laboratoire Krusin en utilisant un transport électrique à résolution angulaire, les charges électriques se déplacent différemment lorsque le champ magnétique dans le plan tourne dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse, générant ainsi des courants souhaitables à faible dissipation. Les états de Weyl remodelés présentent une température de Curie doublée et une forte chiralité de transport angulaire synchrone avec une rare résistance longitudinale antisymétrique de champ – un « commutateur chiral » accordable à faible champ qui est enraciné dans l’interaction de la courbure topologique de Berry, de l’anomalie chirale et d’un hydrogène. -forme médiatisée des nœuds de Weyl.
« L’avancée majeure de ce travail consiste à élargir la gamme de matériaux quantiques topologiques de conception au-delà des plans de la nature. Les structures de bandes topologiques accordables facilitées par l’hydrogène ou d’autres éléments légers via des voies liées aux défauts élargissent la disponibilité de plates-formes accessibles pour explorer et exploiter les phases topologiques avec de superbes effets macroscopiques. comportements, ouvrant la voie à des implémentations potentiellement perturbatrices basées sur la chiralité dans les futurs dispositifs quantiques », a déclaré Krusin-Elbaum, professeur à la Division des sciences du CCNY.
La recherche au laboratoire Krusin se concentre sur l’exploration de nouveaux phénomènes quantiques tels que l’effet Hall anormal quantique (QAH), qui décrit un isolant qui conduit un courant sans dissipation dans des canaux discrets sur ses surfaces, la supraconductivité 2D et les phénomènes d’état axion caractérisés par un transport thermique quantifié. tous avec le potentiel, s’ils sont industrialisés, de faire progresser les technologies économes en énergie. Krusin-Elbaum et son équipe ont déclaré que la technique qu’ils ont démontrée est très générale et pourrait, à terme, faire progresser le potentiel des aimants topologiques intrinsèques pour transformer l’électronique quantique future.
Le Harlem Center for Quantum Materials, basé au CCNY, est partenaire de la recherche. Il s’efforce de résoudre les problèmes fondamentaux liés aux nouveaux systèmes de matériaux fonctionnels qui revêtent une importance scientifique et technologique vitale. La recherche est soutenue en partie par la National Science Foundation.
Plus d’informations :
Afrin N. Tamanna et al, Chiralité de transport générée par une inclinaison accordable de nœuds de Weyl dans un aimant topologique de van der Waals, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-53319-w