Découverte d’un matériau à effet quantique stable à température ambiante

Découverte D'un Matériau à Effet Quantique Stable à Température Ambiante

Des chercheurs de l’Université de Princeton ont mené une nouvelle étude avec un isolant topologique, composé de bromure de bismuth, pour montrer les effets quantiques produits à température ambiante. Généralement, certaines réactions ne se produisent que dans des environnements extrêmement froids, ce qui limite l’applicabilité de certains matériaux dans le monde réel.

Cet isolant topologique est capable de conduire les électrons d’une manière unique, car il possède des parties qui empêchent le flux de les traverser. Le flux d’électrons sera conduit dans les couches minces à sa surface et le long des bords très conducteurs. En eux, les électrons circulent librement.

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Les propriétés des isolants topologiques peuvent abriter des états quantiques intrigants qui pourraient être utiles pour la construction de futures technologies quantiques. Cependant, il y a une mise en garde : la plupart de ces états quantiques sont extrêmement fragiles et s’effondrent lorsqu’il y a des interférences. Dans cette situation, la chaleur est un grand dissipateur de ces états, car avec l’augmentation de la température, les atomes commencent à s’agiter et à déstabiliser les états.

Quand on parle de basse température, pour le maintien de l’état quantique, c’est quelque chose qui tourne autour du zéro absolu, où les mouvements des atomes ralentissent, cependant, c’est un scénario peu pratique dans la vie quotidienne et dans le monde réel.

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Image : Une illustration représentant un isolateur topologique en action. Crédits : Shafayat Hossain et M. Zahid Hasan de l’Université de Princeton

Le bromure de bismuth est un composé inorganique incolore qui n’a qu’une « bande interdite droite ». C’est une «barrière» isolante où les électrons ne peuvent pas exister à certains niveaux d’énergie. Cet écart doit être suffisamment large pour se protéger du bruit thermique, mais ne pas perturber l’effet de couplage des électrons, indispensable pour les maintenir stables.

Le bromure de bismuth s’est avéré avoir une bande qui pouvait maintenir l’état quantique stable à température ambiante. L’équipe a confirmé sa découverte en examinant ce que l’on appelle «l’état de bord quantique», une propriété unique à ces systèmes topologiques.

Les chercheurs qualifient cette percée de très utile pour faire progresser les technologies quantiques comme l’aspintronique, le domaine émergent qui code les données en électrons plus efficacement que l’électronique actuelle. La chercheuse Nana Shumiya, co-auteur de l’étude, est optimiste quant à la découverte : « Je crois que notre découverte fera considérablement avancer la frontière quantique. »

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