Isolants topologiques
Nouveaux matériaux

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Comment fabriquer de nouveaux outils électroniques à l'aide les matériaux de Weyl ?

 Les physiciens ont découverts en 2015 un nouvel état topologique de la matière appelé : les  semi-métaux de Weyl. Les états électroniques excités de ces matériaux ne coïncident pas avec ceux d'électrons libres tels qu'on les rencontre dans les métaux classiques. Etonnamment, ils se comportent comme des photons relativistes sans masse. Ce comportement apparemment atypique représente un intérêt indéniable pour la recherche fondamentale. Au-delà de ce constat, il laisse surtout entrevoir la possibilité de construire des appareils électroniques et optiques offrant de nouvelles fonctionnalités.

Par exemple, des équipes basées au Royaume-Uni avancent l'idée qu'un appareillage constitué de multiples couches d'un tel matériau pourrait avoir un indice de réfraction négatif. Cette propriété permettrait de faire converger un faisceau d'électrons sur une région extrêmement petite et de créer une hyper-lentille améliorant considérablement la résolution des microscopes électroniques à effet tunnel.

C'est en effet ce que prédit la théorie à partir de travaux précédemment réalisés sur les monocouches d'atomes de carbone (graphène). Ceux-ci indiquent l'existence d'une propriété spécifique à ces matériaux, à savoir : la vitesse de groupe des particules relativistes et sans masse est dirigée selon une direction qui est soit parallèle, soit antiparallèle à leur quantité de mouvement - en lien direct avec le signe de leur charge.

La vérification expérimentale de ces prédictions théoriques a été réalisée en 2015 dans un matériau bidimensionnel ; la première lentille de Veselago est alors devenue une réalité.

Les équipes travaillent donc désormais à démontrer que les résultats théoriques acquis pour les matériaux bidimensionnels s'étendent à des objets des espaces tridimensionnels. Simultanément, elles déploient d'énormes efforts qui doivent aboutir à pouvoir fabriquer ces nouveaux objets. Pour l'heure, leur fabrication a commencé de manière artisanale et l'industrialisation de leur production reste une sorte de graal moderne.

Source : Physical Revue B ; résumé et présentation dans : Physics, 10, 63 - June 5, 2017. 

A consulter aussi à titre indicatif et pédagogique (pas forcément en français) : 

[01] Article sur Wikipédia Angleterre (lien externe)

[02] Article sur le site de dépôt arXiv : https://arxiv.org/abs/1603.02821 (lien externe ; rappel : le téléchargement intempestif et systématique de documents depuis ce site de dépôt est prohibé. Vous y accédez et vous en faites usage sous votre seule responsabilité.)

[03] Le livre blanc des nouveaux matériaux (juillet 2017) accessible sur :

 "les techniques de l'ingénieur" (lien externe francophone)

page créée le 09 avril 2018 et mise à jour le 05 mai 2018