Une feuille de papier aux propriétés magnétiques — c'est à peu près ainsi que l'on peut décrire le nouveau matériau 1T-CrS₂. Ses couches sont maintenues par de faibles forces, comme les pages d'un carnet, mais chaque couche est un véritable aimant. Et un aimant robuste : il conserve son aimantation perpendiculairement aux couches et ne la perd pas même lorsqu'on le chauffe au-delà de la température ambiante.
Faire croître de tels cristaux n'avait pas été possible jusqu'ici. Une équipe de physiciens y est parvenue par dépôt chimique en phase vapeur, sans catalyseur — une recette propre. Les mesures montrent qu'en dessous de 80 K, le matériau passe d'un état semi-métallique à un état isolant. Et sous champ magnétique, sa résistance chute — un effet qui fonctionne jusqu'à 350 K.
Le plus intrigant commence en dessous de 30 K : un effet Hall topologique apparaît. Les électrons ressentent comme un champ magnétique supplémentaire, né de l'enroulement particulier des spins (moments magnétiques propres des particules) dans le matériau. Les calculs montrent que deux mécanismes en sont responsables. L'interaction spin-orbite ouvre une bande interdite aux endroits où les bandes électroniques se croisent. Les corrélations électroniques, elles, réorganisent la surface de Fermi, supprimant les poches superflues et renforçant la polarisation de spin. Ensemble, ils créent les conditions d'un transport topologique.
Une telle alliance de corrélations et d'interaction spin-orbite dans un aimant stratifié est rare. 1T-CrS₂ devient un système modèle pour étudier comment les propriétés quantiques donnent naissance à des effets macroscopiques. Et cette fameuse « feuille de papier » n'est pas seulement un aimant, mais tout un laboratoire dans la main — avec des tourbillons de spins et des surprises électroniques qui restent à élucider.
L'effet Hall topologique ressemble à une situation où une voiture tourne non pas à cause de l'inclinaison de la route, mais à cause de courants tourbillonnaires dans l'asphalte lui-même.