Un nouvel état quantique augmente la conductivité d’un matériau d’un milliard de pour cent

Des scientifiques de Georgia Tech ont découvert un nouvel état quantique au sein d’un matériau « exotique », permettant d’augmenter la conductivité de ce dernier d’un milliard de pour cent.

Un exemple frappant de « magnétorésistance colossale »

En présence d’un champ magnétique, la conductivité de certains matériaux peut être considérablement augmentée. Connu sous le nom de « magnétorésistance colossale », ce phénomène implique que ceux-ci puissent passer d’un comportement d’isolant à un comportement hautement conducteur.

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Décrit dans la revue Nature, le nouveau matériau est un tellurure de silicium et de manganèse, se présentant sous la forme de cellules octogonales disposées en nid d’abeille et empilées en feuilles. Lorsque aucun champ magnétique n’est appliqué, les électrons se déplacent aléatoirement autour de chaque octaèdre, ce qui provoque des « embouteillages » et fait que le matériau se comporte essentiellement comme un isolant.

Cependant, les chercheurs ont découvert que l’application d’un champ magnétique d’au moins 13 teslas permettait de créer un « flux de circulation » entraînant le déplacement des électrons dans une direction précise, ce qui leur permet de circuler rapidement et de générer un courant électrique.

Si les mesures réalisées ont révélé que la conductivité de ce tellurure de silicium et de manganèse augmentait instantanément de sept ordres de grandeur, correspondant à une augmentation d’un milliard de pour cent, il s’est avéré que cet « interrupteur » ne fonctionnait que lorsque le champ magnétique était appliqué perpendiculairement à la surface du matériau.

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« Il défie tous les modèles théoriques existants et les précédents expérimentaux »

Selon les chercheurs, il s’agit actuellement du seul matériau magnétorésistant connu dans lequel l’angle du champ magnétique appliqué influence l’intensité du phénomène. « Il défie tous les modèles théoriques existants et les précédents expérimentaux », souligne Itamar Kimchi, co-auteur de la nouvelle étude.

Des expériences complémentaires ont montré que cette transition isolant/conducteur pouvait également être déclenchée via l’application de petits courants électriques. Dans ce cas, le changement prenait quelques secondes ou minutes.

Cette approche « lente » pourrait être applicable aux ordinateurs, capteurs et systèmes de communication quantiques, mais avant cela, d’autres recherches devront être menées pour mieux comprendre ce nouvel état et identifier de potentiels matériaux fonctionnant de la même manière.

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