Les chercheurs ont réussi à capturer pour la première fois des images à résolution atomique d’un état d’interface chiral, un phénomène quantique exotique qui pourrait aider à faire progresser l’informatique quantique et l’électronique à faible consommation d’énergie.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) a réussi à capturer les premières images à résolution atomique d’un état d’interface chiral. Cet exploit a été rendu possible grâce à l’utilisation d’un microscope à effet tunnel (STM) qui a permis aux chercheurs de détecter différents états électroniques dans l’échantillon et de visualiser la fonction d’onde de l’état d’interface chiral.
L’état d’interface chiral est un canal conducteur qui permet aux électrons de se déplacer dans une seule direction, les empêchant d’être dispersés vers l’arrière et de provoquer une résistance électrique qui gaspille de l’énergie. Les chercheurs s’efforcent de mieux comprendre les propriétés des états d’interface chiraux dans les matériaux réels, mais la visualisation de leurs caractéristiques spatiales s’est avérée exceptionnellement difficile jusqu’à présent.
Création et contrôle à la demande d’états d’interface chiraux
En plus de visualiser directement un état d’interface chiral, les chercheurs ont également démontré la création à la demande de ces canaux conducteurs sans résistance dans un isolant 2D. Ils ont montré qu’un état d’interface chiral peut être déplacé à travers l’échantillon en modulant la tension sur une électrode de grille placée sous les couches de graphène.
Dans une démonstration finale de contrôle, les chercheurs ont montré qu’une impulsion de tension provenant de la pointe d’une sonde STM peut «écrire» un état d’interface chiral dans l’échantillon, l’effacer et même en réécrire un nouveau dans lequel les électrons circulent dans la direction opposée.
Perspectives d’applications futures
Ces résultats pourraient aider les chercheurs à construire des réseaux ajustables de canaux d’électrons prometteurs pour la microélectronique à faible consommation d’énergie et les dispositifs de mémoire magnétique à faible puissance à l’avenir, ainsi que pour l’informatique quantique exploitant les comportements exotiques des électrons dans les isolants QAH.
Les chercheurs ont l’intention d’utiliser leur technique pour étudier une physique plus exotique dans des matériaux apparentés, comme les anyons, un nouveau type de quasi-particule qui pourrait ouvrir une voie vers l’informatique quantique. Comme le souligne Canxun Zhang, premier auteur de l’étude, « nos résultats fournissent des informations qui n’étaient pas possibles auparavant. Il y a encore un long chemin à parcourir, mais c’est un bon premier pas ».
Légende illustration : Image de microscopie à effet tunnel d’une fonction d’onde d’état d’interface chirale (bande lumineuse) dans un isolant Hall quantique anormal fabriqué à partir de graphène monocouche-bicouche torsadé. Crédit : Canxun Zhang/Berkeley Lab
Article : « Manipulation of chiral interface states in a moiré quantum anomalous Hall insulator » – DOI: 10.1038/s41567-024-02444-w
