La découverte de nouvelles phases topologiques pourrait conduire à des avancées significatives dans les nanotechnologies. À l'aide d'une nouvelle plate-forme de recherche en physique topologique dans des dispositifs à l'échelle nanométrique, des chercheurs de Cambridge ont détecté une nouvelle phase topologique dans un système bidimensionnel.
Une grande variété de phénomènes en physique et en science des matériaux ont été étudiés expérimentalement et théoriquement à l'aide de matériaux bidimensionnels tels que le graphène. Au-delà du graphène, il existe plusieurs matériaux 2D aux propriétés physiques variées. Ceci est encourageant pour les applications possibles en nanotechnologie, où diverses fonctionnalités peuvent être ajoutées aux dispositifs en combinant divers matériaux 2D ou empilements de couches.
Quelle est l'importance de la ferroélectricité?
Il a récemment été montré que la ferroélectricité se développe lorsqu'une couche glisse sur une autre et rompt la symétrie dans des matériaux tels que le nitrure de bore hexagonal (hBN), qui sont moins symétriques que le graphène. Propriété utile pour le traitement de l'information et le stockage de la mémoire, la ferroélectricité est le remplacement du moment dipolaire électrique d'un matériau par un champ électrique.
Le super-réseau moiré est un excellent motif d'interférence qui se produit lorsque des matériaux bidimensionnels sont pliés les uns par rapport aux autres; ce modèle peut modifier considérablement les propriétés physiques des matériaux. La flexion du HBN et des matériaux associés provoque la polarisation des différentes régions d'empilement, ce qui donne un réseau de champ polaire régulier et de la ferroélectricité, ce qui a été démontré.
Que sont Meron et Antimeron ?
Dans cette nouvelle étude, publiée dans Nature Communications, des scientifiques de l'Université de Liège en Belgique et du Cambridge Cavendish Laboratory ont découvert qu'il y a plus dans ces zones polaires qu'on ne le savait auparavant. Ceux-ci sont de nature topologique et forment des objets appelés méron et antiméron.
Le premier auteur, qui a commencé cette expérience au Laboratoire Cavendish et est maintenant à l'Université de Harvard aux États-Unis, est le Dr. Daniel Bennett a déclaré que la polarisation dans les systèmes torsadés est dans la direction hors du plan, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire aux couches.
Nous avons découvert que la rupture de symétrie induite par le cisaillement ou la flexion produit également une polarisation dans le plan de force comparable à la polarisation hors du plan. La symétrie des couches détermine complètement la forme du champ vectoriel mignon créé par la polarisation dans le plan.
La découverte de la polarisation dans le plan montre que les propriétés électriques des systèmes filés 2D sont beaucoup plus complexes qu'on ne le pensait auparavant. Plus important encore, les scientifiques ont découvert que la polarisation dans ces bicouches torsadées est topologiquement non triviale en combinant les composantes de polarisation dans le plan et hors du plan.
Travaillant sur cette étude avec son équipe du Laboratoire Cavendish, le Dr. Selon Robert-Jan Slager, « Dans chaque champ, le champ de polarisation tourne d'un demi-tour, formant un objet topologique appelé méron (demi-skyrmion). Un solide réseau de méron et d'antiméron se développe à travers la couche torsadée.
Selon Bennett, la plupart des objets en physique peuvent être expliqués en termes d'énergie. La nature est inefficace et préfère accomplir les tâches le plus rapidement possible, réduisant ainsi les besoins énergétiques d'un système dans le processus.
Un matériau choisit généralement la phase avec la plus faible énergie comme nouvelle phase. Les phases et les propriétés topologiques, d'autre part, sont régies par les multiples symétries d'un système plutôt que par l'énergie. Les propriétés physiques d'un système, telles que les champs électriques ou magnétiques, peuvent développer des motifs complexes qui s'emmêlent ou se nouent parce qu'ils nécessitent une symétrie.
Selon Slager, défaire ces nœuds nécessite beaucoup d'énergie, ce qui rend ces structures assez durables. Par exemple, dans le domaine de l'informatique quantique topologique, la capacité à fabriquer, détruire et manipuler ces objets topologiques est particulièrement attrayante.
Pour y parvenir, les chercheurs prévoient d'approfondir leur compréhension de la polarisation topologique et de créer un dispositif de preuve de concept qui leur permettra d'organiser ou de générer des phénomènes physiques nouveaux et intrigants à l'aide des mérons/antimérones polaires qu'ils ont découverts.
Source : phys.org/news
📩 30/03/2023 10:45