Des scientifiques de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ont identifié une nouvelle classe d'isolants topologiques et ont découvert sa première représentation matérielle, ce qui pourrait accélérer la mise en œuvre d'isolants topologiques dans diverses applications telles que les technologies électroniques.
Les isolants topologiques sont des matériaux qui laissent passer le courant électrique sur leur surface, mais l'empêchent de passer dans leur volume intérieur. Cette propriété exotique ouvre pour les isolants topologiques des perspectives très prometteuses pour l'électricité, en réduisant les pertes d'énergie, pour la spintronique, et peut-être même pour l'informatique quantique.
La recherche de ce type d'isolant implique un travail théorique capable de prédire les propriétés de la structure d'un matériau particulier. Les matériaux "candidats", qui sont identifiés au moyen de simulations informatiques, sont ensuite soumis à un examen expérimental pour déterminer si leurs propriétés d'isolant topologique répondent aux prédictions théoriques.
C'est le travail accompli par le laboratoire d'Oleg Yazyev à l'Institut de Physique Théorique de l'EPFL, en collaboration avec des collègues expérimentalistes du monde entier. En testant de manière théorique les candidats potentiels issus de la base de données de matériaux décrits auparavant, l'équipe a identifié un matériau, décrit comme une "phase cristalline" de l’ iodure de bismuth, comme le premier élément d'une nouvelle classe d'isolants topologiques. Ce qui rend ce matériau particulièrement intéressant est le fait que sa structure atomique ne ressemble à aucun autre isolant topologique connu à ce jour.
Après avoir caractérisé l’iodure de bismuth au moyen d'outils théoriques, les scientifiques l'ont testé expérimentalement avec une série de méthodes. La démonstration principale est issue d'une technique expérimentale directe appelée « spectroscopie à résolution angulaire ». Cette méthode, qui permet aux chercheurs de "voir" les états électroniques à la surface du matériau solide, est devenue une technique-clé pour prouver la nature topologique des états électroniques à la surface des matériaux. Les mesures, effectuées au Lawrence Berkeley National Lab, s'avèrent totalement conformes aux prédictions théoriques effectuées par Gabriel Autès, post-doctorant au laboratoire de Yazyev et auteur principal de l'étude.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
