Imaginez un matériau électronique dont les propriétés fondamentales pourraient être modifiées non pas en remplaçant des atomes ou en fabriquant de nouvelles structures, mais en appliquant de la lumière, un champ magnétique ou un signal électrique. Une cellule solaire, par exemple, pourrait temporairement remodeler ses bandes d’énergie sous illumination pour récolter la lumière plus efficacement.
Une telle flexibilité n’est généralement pas possible dans les semiconducteurs conventionnels, où les contrôles externes ne peuvent que changer la façon dont les électrons occupent les niveaux d’énergie plutôt que la structure de bandes d’énergie elle-même. Désormais, une étude publiée dans Physical Review B par le chercheur principal Masanori Kohno du MANA démontre que les isolants fortement corrélés tels que les isolants de Mott et de Kondo peuvent se comporter très différemment.
Dans ces matériaux, perturber les spins ou les charges via le dopage (ajout de trous ou d’électrons par un déplacement du potentiel chimique), l’aimantation ou la lumière peut induire de tout nouveaux états électroniques à l’intérieur de la bande interdite entre les bandes d’énergie. Cela se produit parce que les électrons interagissent fortement les uns avec les autres. Contrairement aux isolants de bande ordinaires, où les excitations de spin et de charge sont étroitement liées, les isolants corrélés permettent aux excitations de spin de basse énergie d’exister indépendamment.
Par des analyses théoriques et des calculs numériques, cette étude élucide comment les perturbations de spin et de charge affectent les structures de bandes de ces isolateurs, clarifiant le mécanisme microscopique responsable de l’émergence de ces modes électroniques. Les résultats montrent que lorsqu’un grand nombre collectif de spins ou de charges sont excités, les états induits peuvent avoir une intensité significative, remodelant la structure de bandes électronique.
« Cette recherche montre que, contrairement aux semiconducteurs conventionnels, les perturbations de spin et de charge peuvent créer de nouveaux modes électroniques qui modifient activement les structures de bandes », explique le Dr Kohno.
Ces découvertes pourraient jeter les bases de l’ingénierie de la structure de bandes basée sur de fortes corrélations électroniques, permettant de futurs dispositifs électroniques et optoélectroniques avec des fonctionnalités améliorées et ajustables.
Article : Electronic modes induced by spin and charge perturbations in Mott and Kondo insulators – Journal : Physical Review B – DOI : Lien vers l’étude
Source : NIMS
