Lorsque vous appuyez sur l'interrupteur, la lumière ne s'allume pas immédiatement : il faut du temps aux électrons dans les fils pour « se lancer » et se mettre en mouvement de concert. Dans les métaux et semi-conducteurs ordinaires, le courant monte en puissance progressivement, comme l'eau dans un tuyau quand on ouvre le robinet. Mais dans les matériaux appelés semi-métaux à géométrie quantique, tout est différent : on applique le champ, et les électrons s'élancent comme au commandement « marche ! », sans élan préalable. Le secret réside dans la structure de leurs bandes d'énergie : aux points de contact des bandes, les électrons de différentes « sortes » sont fortement mélangés, et la moindre impulsion extérieure transforme instantanément ce mélange en flux dirigé.
Les auteurs de l'étude ont montré que cette réponse instantanée n'est pas une simple curiosité théorique. Ils ont modélisé le comportement d'un film semi-métallique soumis à une série de courtes impulsions laser, et le courant s'activait et se désactivait fidèlement, suivant la lumière presque sans délai. Pour comparaison, ils ont pris le graphène, le cuivre et le silicium : dans tous ces cas, le courant mettait plus de temps à « démarrer », et son activation/désactivation était floue. Dans les semi-métaux à géométrie quantique, le front du signal est net, comme un coup de baguette de tambour.
Parmi les candidats pour jouer le rôle d'un tel matériau figurent le graphène bicouche tordu à un certain angle, le graphène cyclique, ainsi que des couches monoatomiques de bismuth et le composé V3F8. Les calculs ab initio confirment que l'effet devrait être observable à des tensions comparables à celles utilisées dans les puces modernes. Si l'on transpose cela des installations laser de laboratoire aux transistors de série, l'électronique pourrait commuter des ordres de grandeur plus vite, presque sans chauffer.
Ainsi, le délai habituel entre l'appui sur un bouton et la réponse de l'appareil pourrait disparaître — du moins à l'intérieur du dispositif lui-même. Au lieu d'un démarrage progressif, les électrons s'élanceraient comme des sprinteurs au coup de pistolet.
Dans le bismuth, que les alchimistes utilisaient déjà, les électrons se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse — et cela aide le courant à apparaître presque instantanément.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, les vaisseaux extraterrestres réagissent à la menace sans le moindre délai — un peu comme pourraient fonctionner des circuits à base de tels semi-métaux.