La torsion induite par la lumière des nœuds de Weyl active le courant d’électrons géants – Technoguide

Des scientifiques du laboratoire Ames du département américain de l’énergie et des collaborateurs du Brookhaven National Laboratory et de l’Université de l’Alabama à Birmingham ont découvert un nouvel interrupteur induit par la lumière qui tord le réseau cristallin du matériau, allumant un courant d’électrons géant qui semble être presque sans dissipation. La découverte a été faite dans une catégorie de matériaux topologiques très prometteurs pour la spintronique, les transistors à effet topologique et l’informatique quantique.

Les semi-métaux Weyl et Dirac peuvent héberger des propriétés de conduction électronique exotiques, presque sans dissipation, qui tirent parti de l’état unique du réseau cristallin et de la structure électronique du matériau qui protège les électrons de le faire. Ces canaux de transport d’électrons anormaux, protégés par la symétrie et la topologie, ne se produisent normalement pas dans les métaux conventionnels tels que le cuivre. Après des décennies de description uniquement dans le contexte de la physique théorique, il y a un intérêt croissant pour la fabrication, l’exploration, le raffinage et le contrôle de leurs propriétés électroniques topologiquement protégées pour les applications de dispositifs. Par exemple, l’adoption à grande échelle de l’informatique quantique nécessite la construction de dispositifs dans lesquels les états quantiques fragiles sont protégés des impuretés et des environnements bruyants. Une approche pour y parvenir consiste à développer le calcul quantique topologique, dans lequel les qubits sont basés sur des courants électriques sans dissipation «protégés par symétrie» et immunisés contre le bruit.

“La torsion du réseau induite par la lumière, ou un commutateur phononique, peut contrôler la symétrie d’inversion des cristaux et photogénérer un courant électrique géant avec une très faible résistance”, a déclaré Jigang Wang, scientifique principal au laboratoire Ames et professeur de physique à l’Université d’État de l’Iowa. “Ce nouveau principe de contrôle ne nécessite pas de champs électriques ou magnétiques statiques, et a des vitesses beaucoup plus rapides et un coût énergétique plus faible.”

“Cette découverte pourrait être étendue à un nouveau principe de calcul quantique basé sur la physique chirale et le transport d’énergie sans dissipation, qui peut fonctionner à des vitesses beaucoup plus rapides, un coût énergétique plus bas et une température de fonctionnement élevée.” a déclaré Liang Luo, scientifique au laboratoire Ames et premier auteur de l’article.

C’est exactement ce que Wang, Luo et leurs collègues ont accompli, en utilisant la spectroscopie laser térahertz (un billion de cycles par seconde) pour examiner et pousser ces matériaux à révéler les mécanismes de commutation de symétrie de leurs propriétés.

Dans cette expérience, l’équipe a modifié la symétrie de la structure électronique du matériau, en utilisant des impulsions laser pour tordre la disposition en treillis du cristal. Cet interrupteur de lumière active des “points Weyl” dans le matériau, ce qui fait que les électrons se comportent comme des particules sans masse qui peuvent transporter le courant de dissipation protégé et faible recherché.

«Nous avons réalisé ce courant géant sans dissipation en entraînant des mouvements périodiques d’atomes autour de leur position d’équilibre afin de briser la symétrie d’inversion cristalline», explique Ilias Perakis, professeur de physique et président de l’Université de l’Alabama à Birmingham. «Ce principe de contrôle de la topologie et du transport semi-métallique Weyl induit par la lumière semble être universel et sera très utile dans le développement de futurs ordinateurs quantiques et électroniques à haute vitesse et à faible consommation d’énergie.

«Ce qui nous manquait jusqu’à présent, c’est un commutateur à faible consommation d’énergie et rapide pour induire et contrôler la symétrie de ces matériaux», a déclaré Qiang Li, chef de groupe du groupe Advanced Energy Materials Group du Brookhaven National Laboratory. “Notre découverte d’un interrupteur de symétrie lumineuse ouvre une opportunité fascinante de transporter un courant d’électrons sans dissipation, un état topologiquement protégé qui ne s’affaiblit pas ou ne ralentit pas lorsqu’il se heurte à des imperfections et des impuretés dans le matériau.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le laboratoire DOE / Ames. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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