Une étude publiée dans Nature Communications a mis en lumière des oscillations quantiques inhabituelles au sein d’un isolant topologique tridimensionnel, le pentatellurure de zirconium (ZrTe5). Les recherches démontrent que les électrons de ce matériau se comportent de manière inattendue lorsqu’ils sont soumis à des températures proches du zéro absolu et à des champs magnétiques extrêmement puissants.

Université de São Paulo et Laboratoire national de Los Alamos

L’équipe de recherche a combiné des expériences de transport électrique, menées dans des champs magnétiques atteignant 60 teslas et à des températures d’environ 0,7 kelvin (-272,45 °C), avec des calculs théoriques détaillés. Ces travaux ont été menés par des scientifiques de l’Université de São Paulo (USP) au Brésil, du Laboratoire national de Los Alamos, de l’Université de Washington et d’autres institutions américaines.

Niveaux de Landau et magnétorésistance

Dans des conditions normales, l’application d’un champ magnétique contraint les électrons à occuper des états d’énergie discrets appelés niveaux de Landau. Dans les métaux très purs, ces niveaux traversent périodiquement le niveau de Fermi, générant des oscillations de la résistance électrique selon un schéma périodique prévisible. Cependant, les chercheurs ont constaté que le ZrTe5 ne respectait pas ce modèle conventionnel : ses oscillations de magnétorésistance n’étaient pas périodiques de manière classique et se poursuivaient bien au-delà de la limite quantique, un seuil où les oscillations devraient normalement disparaître.

Institut de physique de l’USP et transport d’électrons

Selon Julio Larrea Jiménez, professeur à l’Institut de physique de l’USP et directeur du Laboratoire de la matière quantique dans des conditions extrêmes, ce travail élargit notre compréhension du transport d’électrons dans des phases exotiques de la matière et suggère que les isolants topologiques soutiennent le transport non seulement de la charge électrique, mais aussi d’un autre degré de liberté fondamental : le spin des électrons.

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