Matériaux topologiques: finalement pas si exotiques
Publié par Adrien le 03/03/2019 à 08:00
Source: CNRS
Solide, liquide, gaz, plasma: ce sont différentes phases - ou états - dans lesquels peut se trouver la matière. Moins connues, les phases topologiques ont valu le prix Nobel de physique 2016 à leurs découvreurs, Thouless, Haldane et Kosterlitz.


Ces nouveaux états de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) ont des comportements surprenants: ainsi, les isolants topologiques ont la propriété d'être des isolants électriques en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), alors qu'un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un...) peut se propager sans résistance à leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...). Jusqu'ici vues comme des curiosités de la nature, ces propriétés sont en fait bien plus répandues que prévu: elles concernent plus du quart des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) naturels inorganiques, comme vient de le montrer une équipe internationale incluant un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).

À partir d'une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) appelée "chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.) topologique", qui prédit les propriétés topologiques des matériaux à partir de l'agencement de leurs atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...), les chercheurs ont développé plusieurs codes informatiques permettant de classifier tous les matériaux inorganiques présents dans une base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un dispositif informatique. Les technologies...) de référence. Sur 26 938 matériaux étudiés, 12 % se sont révélés des isolants topologiques, et 15 % des semi-métaux (l'autre grande classe de matériaux topologiques, intermédiaire entre isolants et métaux).

Les chercheurs souhaitent à présent prédire de nouveaux matériaux topologiques à l'aide de l'intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens susceptibles de doter les systèmes informatiques de capacités...) et de leur base de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...). Cette découverte augure en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) cas un futur radieux pour ces matériaux, déjà pressentis pour jouer un rôle dans l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition à ceux de l'électricité...).

Bibliographie:
A complete catalogue of high-quality topological materials, Maia Garcia Vergniory, Luis Elcoro, Claudia Felser, Nicolas Regnault, B. Andrei Bernevig & Zhijun Wang. Nature, 28 février 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-0954-4.

Catalogue de matériaux topologiques connus à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...), réalisé par cette équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...): www.topologicalquantumchemistry.com
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