Des scientifiques découvrent de nouveaux états quantiques grâce à des bandes électroniques plates innovantes.

ParisDes chercheurs de l'Université Rice ont découvert l'existence potentielle de bandes électroniques plates au niveau de Fermi. Cette découverte pourrait améliorer l'informatique quantique et les dispositifs électroniques. Leur étude a été publiée dans Nature Communications le 19 juin.

Les matériaux quantiques obéissent aux principes de la mécanique quantique. Dans ces matériaux, les électrons ont des niveaux d'énergie spécifiques. Le niveau d'énergie le plus élevé est appelé énergie de Fermi. Les électrons se repoussent mutuellement et leurs mouvements sont interconnectés. L'équipe dirigée par Qimiao Si a découvert que ces interactions peuvent créer de nouveaux niveaux d'énergie plats au niveau de Fermi, les rendant plus importants.

Les bandes électroniques plates amplifient les interactions entre électrons, menant à de nouveaux états quantiques et des comportements uniques à basse énergie. Ces bandes sont particulièrement utiles dans les matériaux à électrons d, composés d'ions de métaux de transition. Ces matériaux présentent des structures cristallines distinctes et des propriétés spéciales.

Les découvertes de l'équipe indiquent :

• Nouvelles approches pour concevoir des matériaux avec des électrons d
• Possibles nouvelles applications dans les bits quantiques (qubits)
• Utilisations en spintronique

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Les chercheurs ont découvert que les interactions entre les électrons peuvent relier des états d'électrons stationnaires et en mouvement. À travers un modèle théorique, ils ont démontré que ces interactions peuvent créer un nouveau type d'effet Kondo, où les particules stationnaires acquièrent la capacité de se déplacer en interagissant avec les électrons en mouvement à l'énergie de Fermi.

Les matériaux anyoniques pourraient être utiles pour les bits quantiques (qubits). Les matériaux contenant des fermions de Weyl pourraient être utilisés dans l'électronique basée sur le spin. Ces matériaux pourraient bien répondre aux signaux externes et permettre un contrôle quantique avancé.

Les résultats révèlent que les bandes plates peuvent engendrer des semimétaux topologiques fortement connectés. Ces semimétaux sont opérationnels à basses températures et possiblement même à température ambiante. « Notre recherche pose les bases de l’utilisation des bandes plates dans des environnements hautement interactifs, ce qui pourrait permettre la conception et le contrôle de nouveaux matériaux quantiques fonctionnant au-delà des basses températures », a expliqué Si.

Les participants à cette recherche comprennent :

• Fang Xie et Shouvik Sur, chercheurs postdoctoraux en physique et astronomie à l'université Rice
• Haoyu Hu, ancien élève de Rice et chercheur postdoctoral au Centre international de physique de Donostia
• Silke Paschen, physicienne à l'université technologique de Vienne
• Jennifer Cano, physicienne théoricienne à l'université de Stony Brook et à l'Institut Flatiron