La surface d'un cristal ressemble à une scène sur laquelle les effets quantiques devraient se jouer. Dans le matériau MnBi2Te4, classé parmi les isolants topologiques magnétiques, des états électroniques particuliers devraient courir à la surface, et l'ordre magnétique y ouvre une fente d'énergie, une bande interdite qui rend le transport quantifié. Mais dans les échantillons réels, le spectacle ne commence pas : la fente disparaît presque, et l'effet n'est visible qu'à des températures inférieures à un kelvin.

Les coupables sont des défauts où les atomes de manganèse et de bismuth échangent leurs places dans le réseau cristallin. Cet échange abaisse le potentiel électrique à la surface, et les états topologiques, comme des acteurs chassés de la scène, s'enfoncent dans le cristal. Là, l'influence magnétique est plus faible, la fente se referme, et l'effet Hall quantique anormal disparaît.

Les auteurs de l'étude proposent de ramener les acteurs sous la lumière des projecteurs. Si l'on applique un champ électrique externe, le potentiel de surface remonte et les états refont surface. Les calculs montrent qu'un champ avec un potentiel de seulement 0,1 volt rétablit la fente jusqu'à 11 à 24 milliélectronvolts, selon la distribution spatiale du champ.

Le plus intéressant, c'est que le sens du champ agit comme un interrupteur. En changeant le signe, on peut faire passer le système d'un état d'isolant axionique, où la conductivité de Hall est nulle, à un état d'isolant de Chern avec la valeur quantifiée e²/h. Cela signifie que, sans aucun champ magnétique, par la seule action électrique, on peut contrôler le transport quantifié.

Ainsi, la scène dont les défauts avaient chassé les acteurs reprend vie. Le champ électrique ramène les états à la surface, ouvre la fente magnétique et donne aux ingénieurs un outil pour de futurs transistors topologiques et éléments de mémoire.