Les électrons balistiques sont parmi les phénomènes les plus fascinants dans les matériaux quantiques modernes. Contrairement aux électrons ordinaires, ils ne dispersent pas les imperfections dans le matériau et voyagent donc de A à B avec presque aucune résistance – comme une capsule dans un tube pneumatique. Ce comportement se produit souvent dans des matériaux confinés à une ou deux dimensions. Des chercheurs du Centre de recherche de Jülich et de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle ont maintenant développé un modèle capable de détecter ce flux distinct d’électrons dans des conditions réalistes.
Les canaux électroniques balistiques se formant le long des bords des matériaux topologiques bidimensionnels sont considérés comme très prometteurs pour l’électronique future: ils pourraient constituer la base de circuits écoénergétiques et d’ordinateurs quantiques avec des qubits robustes.
La nouvelle approche s’appuie sur la théorie du transport de charge balistique développée par Rolf Landauer il y a plusieurs décennies. Cependant, son modèle classique ne décrit qu’un cas idéalisé – Landauer a supposé que les électrons ne peuvent entrer ou sortir d’un tel canal qu’à ses fins.
Le nouveau modèle de Jülich, cependant, va encore plus loin. Elle considère qu’un tel canal de charge balistique n’existe pas isolément mais forme le bord d’un matériau également conducteur à travers lequel le courant est injecté. Les électrons peuvent donc entrer ou sortir sur toute la longueur du canal.
« Cela nous permet de décrire le comportement de tels canaux de bord pour la première fois d’une manière qui reflète ce qui se passe réellement dans les expériences« , explique le premier auteur, le Dr Kristof Moors. « Notre théorie fournit également des signatures distinctes qui peuvent être utilisées pour identifier le flux de courant balistique et sans perte et le distinguer du transport de charge conventionnel« , explique Moors, qui a déménagé au centre de recherche en nanoélectronique Imec à Louvain, en Belgique, après sa bourse postdoctorale à l’Institut Peter Grünberg (PGI-9) à Jülich.
Le modèle montre que le courant circule à travers le matériau bidimensionnel change fondamentalement en raison de la présence d’un canal balistique. Il prédit des distributions de tension caractéristiques qui peuvent être directement observées avec des sondes à l’échelle nanométrique ou des microscopes à balayage à plusieurs pointes. Cela permet de distinguer expérimentalement entre les courants balistiques et dissipatifs – c’est-à-dire les courants perdus –, une étape cruciale vers la preuve de l’existence de ces canaux de conduction exotiques hors de tout doute et leur exploitation pour de futurs appareils.
Moors, K., Wagner, C., Soltner, H., Lüpke, F., Tautz, F. S., & Voigtländer, B. (2025). Injection de courant distribuée dans un canal de bord balistique unidimensionnel. Lettres de révision physique. DOI: https://doi.org/10.1103/l47r-plxq
Source : Juelich
