Des scientifiques du centre RIKEN pour la science de la matière émergente et leurs collègues ont développé une nouvelle méthode pour fabriquer des dispositifs tridimensionnels à l’échelle nanométrique à partir de matériaux monocristallins en utilisant un faisceau d’ions focalisé. Le groupe a utilisé cette nouvelle méthode pour sculpter des dispositifs en forme d’hélice à partir d’un aimant topologique composé de cobalt, d’étain et de soufre, de formule chimique Co₃Sn₂S₂, et a découvert qu’ils se comportent comme des diodes commutables, c’est-à-dire qu’ils permettent à l’électricité de circuler plus facilement dans un sens que dans l’autre.
La création de nanostructures tridimensionnelles complexes pourrait nous aider à construire des dispositifs électroniques plus économes en énergie et plus compacts. Jusqu’à présent, il existait peu de moyens de créer de telles structures, et les méthodes actuellement disponibles limitent considérablement le choix et la qualité des matériaux.
Dans l’étude actuelle, publiée dans Nature Nanotechnology, les scientifiques ont utilisé un faisceau d’ions focalisé capable de couper des matériaux avec une précision submicronique pour surmonter cette limitation, leur permettant, en principe, de façonner des dispositifs tridimensionnels à partir de presque n’importe quel cristal. De la même manière que les sculpteurs utilisent des outils pour tailler un bloc de matériau, ils ont utilisé le faisceau d’ions pour découper le cristal dans la forme souhaitée.
Pour démontrer la puissance de la nouvelle méthode, les chercheurs l’ont utilisée pour créer des dispositifs hélicoïdaux à partir d’un matériau magnétique, Co₃Sn₂S₂, dont ils pensaient, en raison de ses propriétés, qu’il présenterait un effet diode unique — un transport électrique non réciproque — découlant de la géométrie chirale à l’échelle nanométrique. En effet, ils ont constaté que les dispositifs hélicoïdaux agissaient comme de minuscules diodes commutables : le courant électrique circule plus facilement dans un sens que dans l’autre, et cet effet diode peut être inversé en changeant l’aimantation ou la chiralité de l’hélice. Les chercheurs ont également découvert le comportement inverse — de fortes impulsions de courant peuvent inverser l’aimantation de l’hélice. Les diodes sont des dispositifs électroniques importants utilisés dans des applications telles que la conversion AC/DC, le traitement du signal et les dispositifs LED.
En comparant des hélices de différentes tailles et températures, ils ont attribué cet effet à la façon dont les électrons se dispersent de manière asymétrique sur les parois courbes et chirales des dispositifs. Ensemble, ces résultats mettent en évidence l’idée que la forme du dispositif peut être utilisée comme un outil de conception pour la fonction électronique, ouvrant de nouvelles voies vers des composants à faible consommation et à géométrie maîtrisée pour les futures technologies de mémoire, de logique et de détection.
Selon Max Birch, premier auteur de l’article, « En traitant la géométrie comme une source de brisure de symétrie sur un pied d’égalité avec les propriétés intrinsèques des matériaux, nous pouvons concevoir la non-réciprocité électrique au niveau du dispositif. Notre méthode de nanosculpture par faisceau d’ions focalisé ouvre un large éventail d’études sur la façon dont les géométries tridimensionnelles et courbes des dispositifs peuvent être utilisées pour réaliser de nouvelles fonctions électroniques ».
Selon Yoshinori Tokura, le chef du groupe de recherche, « Plus largement, cette approche permet des conceptions de dispositifs qui combinent des états électroniques topologiques ou fortement corrélés avec une courbure maîtrisée dans le régime de transport balistique ou hydrodynamique. La convergence de la physique des matériaux et de la nanofabrication indique des architectures de dispositifs fonctionnels ayant un impact potentiel sur les technologies de mémoire, de logique et de détection ».
Article : Nanosculpted 3D helices of a magnetic Weyl semimetal with switchable non-reciprocal electron transport – Journal : Nature Nanotechnology – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Riken
