Hervé Henry Que faudra-t-il pour rendre nos appareils électroniques as well as intelligents,? Une idée est de les construire à partir de matériaux topologiques.
La topologie découle d’une branche des mathématiques qui étudie les formes qui peuvent être manipulées ou déformées sans perdre certaines propriétés fondamentales. Un beignet est un exemple courant : s’il était fait de caoutchouc, un beignet pourrait être tordu et pressé dans une forme complètement nouvelle, comme une tasse à café, tout en conservant un trait clé – à savoir, son trou central, qui prend la forme de l’anse de la tasse. Le trou, dans ce cas, est un trait topologique, robuste à certaines déformations.
Ces dernières années. En 2007, les chercheurs ont prédit les premiers isolants topologiques électroniques – des matériaux dans lesquels les électrons se comportent de manière «protégée topologiquement» ou persistants encounter à certaines perturbations.
Depuis lors, les scientifiques ont recherché des matériaux additionally topologiques dans le but de construire des dispositifs électroniques meilleurs et additionally robustes. Jusqu’à récemment, seule une poignée de ces matériaux étaient identifiés et étaient donc considérés comme une rareté.
Maintenant, des chercheurs du MIT et d’ailleurs ont découvert qu’en fait, les matériaux topologiques sont partout, si vous savez remark les rechercher.
Dans un posting publié dans Science, l’équipe, dirigée par Nicolas Regnault de l’Université de Princeton et de l’École Normale Supérieure de Paris.
Dans l’ensemble, ils ont découvert que 90 % de toutes les buildings cristallines connues contiennent au moins une propriété topologique, et que as well as de 50 % de tous les matériaux naturels présentent une sorte de comportement topologique.
“Nous avons constaté qu’il y a une omniprésence – la topologie est partout”, déclare Benjamin Wieder, co-responsable de l’étude et put up-doctorant au département de physique du MIT.
L’équipe a compilé les matériaux nouvellement identifiés dans une nouvelle base de données de matériaux topologiques librement obtainable ressemblant à un tableau périodique de la topologie. Avec cette nouvelle bibliothèque. un nouveau stockage de mémoire magnétique et d’autres dispositifs dotés de propriétés électroniques robustes.
L’article comprend le co-auteur principal Maia Vergniory du Vergniory du Centre global de physique de Donostia, Luis Elcoro de l’Université du Pays basque, Stuart Parkin et Claudia Felser de l’Institut Max Planck et Andrei Bernevig de l’Université de Princeton.
Au-delà de l’intuition
La nouvelle étude a été motivée par le désir d’accélérer la recherche traditionnelle de matériaux topologiques.
“La façon dont les matériaux d’origine ont été trouvés s’est faite par instinct chimique”, explique Wieder. Mais comme nous avions théoriquement prédit furthermore de styles de phases topologiques, il semblait que l’intuition ne nous menait pas très loin.”
Wieder et ses collègues ont plutôt utilisé une méthode efficace et systématique pour éliminer les signes de topologie, ou de comportement électronique robuste, dans toutes les buildings cristallines connues.
Pour leur étude, les chercheurs se sont tournés vers la base de données sur la structure cristalline inorganique, ou ICSD, un référentiel dans lequel les chercheurs saisissent les buildings atomiques et chimiques des matériaux cristallins qu’ils ont étudiés. La foundation de données comprend des matériaux trouvés dans la nature, ainsi que ceux qui ont été synthétisés et manipulés en laboratoire. L’ICSD est actuellement la as well as grande foundation de données de matériaux au monde.
L’équipe a téléchargé l’intégralité de l’ICSD et. les chercheurs se sont retrouvés avec un peu in addition de 96 000 constructions traitables. Pour chacune de ces buildings, ils ont effectué un ensemble de calculs basés sur une connaissance fondamentale de la relation entre les constituants chimiques, pour produire une carte de la composition électronique du matériau.
L’équipe a pu effectuer efficacement les calculs compliqués pour chaque composition à l’aide de plusieurs superordinateurs, qu’ils ont ensuite utilisés pour effectuer un deuxième ensemble d’opérations, cette fois pour dépister diverses phases topologiques connues ou un comportement électrique persistant dans chaque matériau cristallin.
“Nous recherchons des signatures dans la framework électronique dans laquelle certains phénomènes robustes devraient se produire dans ce matériau”, explique Wieder, dont les travaux précédents consistaient à affiner et à étendre la procedure de criblage, connue sous le nom de chimie quantique topologique.
À partir de leur analyse à haut débit. sans aucune manipulation expérimentale, ainsi que des matériaux qui peuvent être manipulés, par exemple avec un dopage léger ou chimique, pour présenter une sorte de robuste comportement électronique. Ils ont également découvert une poignée de matériaux qui contenaient moreover d’un état topologique lorsqu’ils étaient exposés à certaines problems.
“Les phases topologiques de la matière dans les matériaux à l’état solide 3D ont été proposées comme lieux d’observation et de manipulation d’effets exotiques, y compris l’interconversion du courant électrique et du spin électronique, la simulation sur desk de théories exotiques de la physique des hautes énergies, et même, sous le bonnes problems, le stockage et la manipulation des informations quantiques », be aware Wieder.
Pour les expérimentateurs qui étudient de tels effets, Wieder dit que la nouvelle foundation de données de l’équipe révèle maintenant une ménagerie de nouveaux matériaux à explorer.
Cette recherche a été financée, en partie, par le Département américain de l’énergie, la Countrywide Science Basis et l’Office of Naval Study.
