Des physiciens de l’université de Jyväskylä et de l’université Aalto (Finlande) ont réalisé expérimentalement un isolant topologique cristallin bidimensionnel. Ce matériau quantique avait été prédit théoriquement il y a plus de dix ans mais était resté inaccessible en raison de défis matériels.
Les chercheurs ont réalisé le matériau topologique bidimensionnel longtemps recherché. Les travaux ont été dirigés par le professeur associé Kezilbeiek Shawulienu et menés en collaboration avec des collègues de l’université Aalto, notamment le professeur Peter Liljeroth et le professeur Jose Lado. L’équipe de recherche a créé le matériau en faisant croître un film atomiquement mince, constitué de deux couches de tellurure d’étain (SnTe), sur un substrat de diséléniure de niobium (NbSe₂).
En utilisant l’épitaxie par jets moléculaires et la microscopie à effet tunnel à basse température, les chercheurs ont caractérisé les propriétés électroniques du système avec une précision à l’échelle atomique. Dans ce système bidimensionnel, ils ont observé des paires d’états de bord conducteurs, caractéristiques des isolateurs topologiques cristallins, qui sont protégés par la symétrie du réseau cristallin.
La déformation : une clé pour contrôler les états de bord topologiques
Les états de bord se forment au sein d’une large bande interdite électronique dépassant 0,2 eV. Les mesures montrent que le film de SnTe subit une contrainte de compression de la part du substrat sous-jacent, ce qui joue un rôle crucial dans la stabilisation de la phase topologique. Fait important, les résultats montrent que les états de bord topologiques peuvent être ajustés par la déformation, offrant ainsi une voie pour contrôler leurs propriétés électroniques.
Vers des dispositifs à l’échelle nanométrique
Les calculs quantiques de premiers principes confirment l’origine topologique des états de bord observés. Les chercheurs ont également sondé directement les interactions entre états de bord voisins, révélant des décalages énergétiques provoqués par une combinaison d’interactions électrostatiques et d’effet tunnel quantique. En raison de la large bande interdite, les propriétés topologiques devraient rester robustes jusqu’à la température ambiante.
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Les résultats fournissent une nouvelle plateforme expérimentale pour étudier les états topologiques bidimensionnels ajustables par déformation et pourraient permettre des avancées futures dans l’électronique de spin et les dispositifs à l’échelle nanométrique.
Article : Strain-induced two-dimensional topological crystalline insulator in bilayer SnTe – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Jyvaskyla U.
