Béatrice Garnier
En 2019, une équipe de recherche internationale dirigée par la chimiste des matériaux Anna Isaeva, alors professeur junior à ct.qmat (Complexity and Topology in Quantum Matter), a fait sensation en fabriquant le leading isolant topologique antiferromagnétique au monde, le tellurure de manganèse-bismuth (MnBi2Te4). Ce matériau remarquable possède son propre champ magnétique interne, ouvrant la voie à de nouveaux varieties de composants électroniques capables de stocker des informations magnétiquement et de les transporter à la area sans aucune résistance. Cela pourrait révolutionner les ordinateurs en les rendant moreover durables et économes en énergie. Depuis lors, des chercheurs du monde entier étudient activement divers factors de ce matériau quantique prometteur, désireux de libérer tout son potentiel.
Jalon franchi avec MnBi6Te10
Sur la foundation du MnBi2Te4 découvert précédemment, une équipe de ct.qmat a maintenant conçu un isolant topologique aux propriétés ferromagnétiques appelé MnBi6Te10. Dans les matériaux ferromagnétiques, les atomes de manganèse individuels sont magnétiquement alignés en parallèle, ce qui signifie que tous leurs times magnétiques pointent dans la même course. En revanche, dans son prédécesseur antiferromagnétique, MnBi2Te4, seuls les moments magnétiques au sein d’une seule couche du matériau sont alignés de cette manière. Le léger changement dans la composition chimique du cristal a un affect majeur, car or truck l’isolant topologique ferromagnétique MnBi6Te10 présente un champ magnétique additionally fort et as well as robuste que son prédécesseur antiferromagnétique. « Nous avons réussi à fabriquer le matériau quantique MnBi6Te10 de telle sorte qu’il devienne ferromagnétique à 12 Kelvin. Bien que cette température de -261 degrés Celsius soit encore bien trop basse pour les composants informatiques, c’est la première étape du extended voyage du développement », explique le professeur Vladimir Hinkov de Würzburg. C’est son groupe qui a découvert que la surface du matériau présente des propriétés ferromagnétiques, lui permettant de conduire le courant sans aucune perte, alors que son intérieur ne partage pas cette caractéristique.
Course au matériau miracle
Le ct.L’équipe de recherche de qmat n’était pas la seule à vouloir créer un isolant topologique ferromagnétique en laboratoire. « Suite au succès remarquable du MnBi2Te4, les chercheurs du monde entier ont commencé à rechercher d’autres candidats pour les isolants topologiques magnétiques. En 2019, quatre groupes différents ont synthétisé le MnBi6Te10, mais ce n’est que dans notre laboratoire que ce matériau extraordinaire a affiché des propriétés ferromagnétiques », explique Isaeva, aujourd’hui professeur de physique expérimentale à l’Université d’Amsterdam.
Désordre antisite dans la composition atomique
Lorsque les chimistes des matériaux basés à Dresde, dirigés par Isaeva, ont minutieusement compris comment produire le matériau cristallin dans un processus semblable à un travail de détective, ils ont fait une découverte étonnante. Il s’est avéré que certains atomes devaient être repositionnés à partir de leur couche atomique d’origine, ce qui signifie qu’ils devaient laisser leur disposition native dans le cristal. “La distribution des atomes de manganèse à travers toutes les couches cristallines amène les atomes de manganèse environnants à faire tourner leur instant magnétique dans la même direction. L’ordre magnétique devient contagieux”, explique Isaeva. “Le désordre antisite atomique, le phénomène observé dans notre cristal, est généralement considéré comme perturbateur en chimie et en physique. Les constructions atomiques ordonnées sont in addition faciles à calculer et mieux comprises, mais elles ne donnent pas toujours le résultat souhaité”, ajoute Hinkov. “Ce désordre même est le mécanisme critique qui permet à MnBi6Te10 de devenir ferromagnétique”, souligne Isaeva.
Réseau collaboratif pour la recherche de pointe
ct.Des scientifiques qmat des deux universités TU Dresden et JMU Würzburg ainsi que du Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) à Dresde ont collaboré à cette recherche révolutionnaire. Les cristaux ont été préparés par une équipe de chimistes des matériaux dirigée par Isaeva (TU Dresden). Par la suite, le ferromagnétisme massif des échantillons a été détecté à l’IFW, où le Dr Jorge I. Facio a également développé une théorie complète expliquant à la fois le ferromagnétisme de MnBi6Te10 caractérisé par un trouble antisite et ses homologues antiferromagnétiques. L’équipe de Hinkov à JMU Würzburg a effectué les mesures de surface area vitales.
Les chercheurs travaillent actuellement à atteindre le ferromagnétisme à des températures considérablement in addition élevées. Ils ont déjà fait des progrès initiaux, atteignant approximativement 70 Kelvin. Simultanément, les températures ultra-basses auxquelles les effets quantiques exotiques se manifestent doivent être augmentées, vehicle la conduction du courant sans perte ne commence qu’à 1 ou 2 Kelvin.
Pôle d’Excellence ct.qmat
Le pôle d’excellence ct.qmat — Complexity and Topology in Quantum Make a difference est dirigé conjointement par Julius-Maximilians-Universität Würzburg et Technische Universität Dresden depuis 2019. Près de 400 scientifiques de as well as de 30 pays et de quatre continents étudient des matériaux quantiques topologiques qui révèlent des phénomènes surprenants dans des ailments extrêmes tels que les températures extremely-basses, la haute pression ou les champs magnétiques puissants. ct.qmat est financé par la stratégie d’excellence allemande des gouvernements fédéral et des États et est le seul cluster d’excellence à être basé dans deux États fédéraux différents.
