- Isolant topologique
-
Un isolant topologique est un matériau avec une structure de bande de type isolant mais qui possède des états de surface métalliques. Ces matériaux sont donc isolants à « l'intérieur » et conducteurs en surface.
Sommaire
Historique
En 2007, cet état de matière a été réalisé pour la première fois en 2D dans un puits quantique de (Hg,Cd)Te [1]. Le BiSb est le premier isolant topologique 3D à être réalisé[2]. Suite à ces deux recouvertes, une troisième génération d'isolants topologiques a vu le jour. La manipulation dangereuse de certains éléments comme le Mercure et l'Antimoine encouragea plusieurs groupes à rechercher des matériaux plus sûrs et plus faciles à produire comme le modifier] Caractéristiques
La structure de bande de ces matériaux doit idéalement être caractérisée par une énergie de gap de quelques eV caractéristique d'un isolant conventionnel, cependant elle est fortement similaire à la structure de bande d'un semi-conducteur avec des énergies de gap de l'ordre de quelques dixièmes d'eV. On retrouve en outre des niveaux d'énergies de surface en forme de cônes de Dirac qui sont responsables des propriétés topologiques du matériau. Les porteurs de charges en surface sont par conséquences protégés des diffusions à l'exception des diffusions dans un champ magnétique normal au mouvement des porteurs. Cela est due au fait qu'à chaque sens de mouvement correspond un spin bien défini.
Ses matériaux offrent donc une plate-forme idéale pour la spintronique et aussi pour l'informatique quantique.
Littérature approfondie
Les ouvrages qui sont présentés ci-dessous nécessitent des connaissances avancées de la physique de la matière condensée et sont publiés en langue anglaise.
- C. L. Kane, « Topological Insulators », dans Physics World, vol. 24, 2011, p. 32 [texte intégral]
- M. Z. Hasan, « Topological Insulators », dans Reviews of Modern Physics, vol. 82, no 4, 2010, p. 3045 [lien DOI]
- C. L. Kane, « Topological Insulator: An Insulator with a Twist », dans Nature, vol. 4, no 5, 2008, p. 348 [texte intégral]
- A. Witze, « Topological Insulators: Physics On the Edge », dans Science News, 2010 [texte intégral]
- G. Brumfield, « Topological insulators: Star material : Nature News », dans Nature, vol. 466, no 7304, 2010, p. 310–311 [texte intégral, lien DOI]
- Shuichi Murakami, « Focus on Topological Insulators », dans New Journal of Physics, 2010 [texte intégral]
References
- M. König, « Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells », dans Science, vol. 318, 2007, p. 766-770 [texte intégral, lien DOI (pages consultées le 2011)]
- D. Hsieh, « A Topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase », dans Nature, vol. 452, no 9, 2008, p. 970–974 [texte intégral, lien PMID, lien DOI (pages consultées le 2010)]
Wikimedia Foundation. 2010.
