Motifs magnétiques sur un réseau triangulaire express
Un réseau triangulaire dont les nœuds sont occupés par de minuscules aiguilles magnétiques. Sur ce réseau se déplacent des électrons, porteurs de courant. En général, les aiguilles s'alignent simplement : toutes dans la même direction (ferromagnétique) ou en alternance dans le plan. Mais dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont montré que sur un réseau triangulaire, les choses peuvent être bien plus intéressantes.
Ils ont examiné la situation où les électrons se rassemblent en « poches » particulières à différents points du paysage énergétique : une au centre de la zone de Brillouin (point Γ) et trois sur les bords (points M). Cette disposition évoque quatre mares reliées par des canaux. En raison de la forme particulière de ces mares (appelée nesting, lorsque les contours des mares sont presque parallèles), les aiguilles magnétiques commencent à se ressentir mutuellement à travers les électrons et s'organisent en figures tridimensionnelles.
Le plus surprenant est qu'avec un tel enroulement, les ondes électroniques peuvent cesser complètement de traverser le matériau : il devient isolant à l'intérieur. Mais sur les bords de l'échantillon apparaît un courant particulier : les électrons se déplacent dans une seule direction, sans se disperser sur les défauts. C'est l'effet Hall quantique anormal, et il donne une résistance strictement définie : exactement 6,5 kilo-ohms divisé par 4. Ces matériaux sont des candidats pour une électronique ultrarapide et économe en énergie, où l'information est transmise sans échauffement.
L'effet Hall quantique anormal ressemble à une route idéale sans embouteillages : les électrons se déplacent le long du bord du matériau sans perdre d'énergie dans les collisions, comme des voitures sur une voie réservée.
Dans le roman « La Rose et le Ver » de Robert Ibatoulline, on décrit un matériau qui conduit le courant sans résistance à température ambiante — de tels isolants topologiques pourraient être un pas vers cette technologie.