Un nouveau modèle explique le matériau quantique 3D –

  • FrançaisFrançais



  • Ce nouvel effet 3D peut être à la base de phénomènes quantiques topologiques, considérés comme des candidats particulièrement robustes et donc prometteurs pour des technologies quantiques extrêmement puissantes. Ces résultats viennent d’être publiés dans la revue scientifique Communication Nature.

    Le Dr Tobias Meng et le Dr Johannes Gooth sont des chercheurs en début de carrière du pôle d’excellence Würzburg-Dresdner ct.qmat qui étudie les matériaux quantiques topologiques depuis 2019. le métal topologique pentatellurure de zirconium (ZrTe5) se déplace uniquement dans des plans bidimensionnels, malgré le fait que le matériau soit tridimensionnel. Meng et Gooth ont donc commencé leurs propres recherches et expériences sur le matériau ZrTe5. Meng de la Technische Universität Dresden (TUD) a développé le modèle théorique, Gooth de l’Institut Max Planck de physique chimique des solides a conçu les expériences. Sept mesures avec des techniques différentes conduisent toujours à la même conclusion.

    Les électrons attendent leur tour

    Les recherches de Meng et Gooth brossent un nouveau tableau du fonctionnement de l’effet Hall dans les matériaux tridimensionnels. Les scientifiques pensent que les électrons se déplacent à travers le métal le long de chemins tridimensionnels, mais leur transport électrique peut toujours apparaître comme bidimensionnel. Dans le pentatellurure de zirconium métallique topologique, cela est possible car une fraction des électrons attend encore d’être activée par un champ magnétique externe.

    “La façon dont les électrons se déplacent est cohérente dans toutes nos mesures et similaire à ce qui est autrement connu des effets Hall quantiques bidimensionnels. Mais nos électrons se déplacent vers le haut en spirales, plutôt que d’être confinés à un mouvement circulaire dans les plans. une différence passionnante par rapport à l’effet Hall quantique et aux scénarios proposés pour ce qui se passe dans le matériau ZrTe5 », commente Meng sur la genèse de leur nouveau modèle scientifique. “Cela ne fonctionne que parce que tous les électrons ne bougent pas à tout moment. Certains restent immobiles, comme s’ils faisaient la queue. Ce n’est que lorsqu’un champ magnétique externe est appliqué qu’ils deviennent actifs.”

    Les expériences confirment le modèle

    Pour leurs expériences, les scientifiques ont refroidi le matériau quantique topologique à -271 degrés Celsius et appliqué un champ magnétique externe. Ensuite, ils ont effectué des mesures électriques et thermoélectriques en envoyant des courants à travers l’échantillon, étudié sa thermodynamique en analysant les propriétés magnétiques du matériau et appliqué des ultrasons. Ils ont même utilisé la spectroscopie aux rayons X, Raman et électronique pour examiner le fonctionnement interne du matériau. “Mais aucune de nos sept mesures n’a laissé entendre que les électrons ne se déplaçaient que dans les deux dimensions”, explique Meng, chef du groupe Emmy Noether pour Quantum Design à TUD et théoricien principal du présent projet. “Notre modèle est en fait étonnamment simple, et explique toujours parfaitement toutes les données expérimentales.”

    Perspectives pour les matériaux quantiques topologiques en 3D

    L’effet Hall quantique, lauréat du prix Nobel, a été découvert en 1980 et décrit la conduction progressive du courant dans un métal. C’est une pierre angulaire de la physique topologique, un domaine qui a connu un essor depuis 2005 en raison de ses promesses pour les matériaux fonctionnels du 21e siècle. À ce jour, cependant, l’effet Hall quantique n’a été observé que dans les métaux bidimensionnels. Les résultats scientifiques de la présente publication élargissent la compréhension du comportement des matériaux tridimensionnels dans les champs magnétiques. Les membres du cluster Meng et Gooth ont l’intention de poursuivre cette nouvelle direction de recherche : « Nous voulons absolument étudier plus en détail le comportement de mise en file d’attente des électrons dans les métaux 3D », déclare Meng.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Technische Universität Dresden. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.