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Un nouvel isolant d’axion topologique pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies

stockage de mémoires

Il reste encore de nombreux mystères à élucider dans le monde de la mécanique quantique. Toutefois, des scientifiques de Northeastern pensent avoir fait une découverte digne du « Saint Graal » qui pourrait ouvrir la voie à la prochaine génération de dispositifs électroniques. Selon le physicien Arun Bansil, qui dirigeait une équipe de chercheurs de Northeastern ayant participé à l’étude, leurs conclusions portent essentiellement sur la découverte d’un isolant d’axion topologique. Un état unique de la matière quantique dont les chercheurs n’avaient jusqu’alors que théorisé l’existence. 

Cet état d’isolation de l’axion a été réalisé en combinant certains métaux et en observant leur réponse magnétoélectrique. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé une puce à l’état solide composée de tellurure de bismuth et de manganèse. Ils ont été collés ensemble en couches bidimensionnelles, pour mesurer les propriétés électriques et magnétiques qui en résultent.

Les chercheurs notent qu’une telle découverte a des implications pour toute une série de technologies. Elle peut notamment être utile pour les capteurs, les interrupteurs, les ordinateurs et les dispositifs de stockage de la mémoire. Le « stockage, le transport et la manipulation des données magnétiques pourraient devenir beaucoup plus rapides. Ils peuvent aussi devenir plus robustes et plus efficaces sur le plan énergétique ». Il faudrait juste que les scientifiques parviennent à intégrer ces nouveaux matériaux topologiques dans les futurs dispositifs, écrivent les chercheurs.

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Les spintroniques : une nouvelle classe de dispositifs électroniques

Bansil explique qu’ils ont choisi cette combinaison spécifique de matériaux, que les chercheurs ont construite atome par atome dans une petite structure cristalline. La raison ? Parce que sa surface conduit l’électricité, alors que la structure globale est largement non-conductrice ou isolante. Une propriété inhabituelle qui est produite par le fort couplage magnétoélectrique des couches. En d’autres termes, les isolants topologiques peuvent être à la fois conducteurs et isolants.

« L’isolant axionique topologique possède une capacité miraculeuse qui lui permet d’avoir des électrons métalliques ou conducteurs très robustes à sa surface, même si la majeure partie du matériau est isolante », explique Bansil. Cela n’avait été prédit que théoriquement — maintenant, cela a été réalisé expérimentalement.

Une classe émergente de dispositifs électroniques — appelés spintroniques — repose sur cette manipulation de la structure quantique. Cette nouvelle classe s’y repose notamment par le biais de ce qu’on appelle le « spin » des électrons. Le spin décrit une propriété fondamentale des électrons définie dans l’un des deux états potentiels : haut ou bas. La façon dont les électrons tournent influence la direction du champ magnétique à l’œuvre dans tout solide.

Isolant d’axion topologique : un moyen pour résoudre les problèmes courant en électronique

Alors que l’électronique traditionnelle dépend de batteries qui stockent l’énergie sous forme d’énergie chimique, les dispositifs spintroniques pourraient exploiter l’énergie magnétique de certains types de matériaux. Des matériaux comme la puce de tellurure de bismuth et de manganèse utilisée dans l’étude. Ce qui en fait un « matériau candidat » beaucoup plus efficace pour les technologies futures, explique M. Bansil.

Les batteries spinales de ce type sont encore largement en cours de développement. Toutefois, les scientifiques pensent que les isolants topologiques pourraient être la clé du déblocage de cette technologie. Ils ont proposé la spintronique comme moyen de résoudre un certain nombre de problèmes liés à l’électronique d’aujourd’hui. Des problèmes comme les questions de consommation d’énergie et de vitesse de fonctionnement des ordinateurs et autres appareils qui dépendent de la charge, explique-t-il.

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