Les appareils électroniques reposent sur des matériaux dont les propriétés électriques changent avec la température, ce qui les rend moins stables dans des conditions extrêmes. Une découverte des chercheurs de l'Université de McGill qui remet en question la sagesse conventionnelle en physique suggère que Bismuth, un métal, pourrait servir de base à des composants électroniques très stables.
Les chercheurs ont observé un effet électrique mystérieux dans le bismuth ultra-mince qui reste inchangé à travers une large plage de températures, du zéro presque absolu (-273 ° C) à la température ambiante.
« Si nous pouvons exploiter cela, cela pourrait devenir important pour l'électronique verte », a déclaré Guillaume Gervais, professeur de physique chez McGill et co-auteur de l'étude.
La constatation pourrait conduire au développement de composants et d'appareils électroniques plus efficaces, stables et respectueux de l'environnement, y compris pour l'exploration spatiale et les utilisations médicales. Le bismuth est non toxique et biocompatible.
« Nous nous attendions à ce que cet effet disparaisse une fois que nous avons augmenté la température, mais il a obstinément refusé; nous avons continué à aller à température ambiante et il était toujours là », a déclaré Gervais. « J'étais tellement sûr que cela disparaîtrait que je parie même que mes étudiants oulin yu et frédéric boivin une bouteille de vin. Il s'est avéré que j'avais tort. »
Inspiré par une râpe de fromage
Publié dans Lettres d'examen physiqueL'étude rapporte l'observation d'un effet de salle anormal indépendant de la température (AHE) dans un flocons de bismuth de 68 nanomètres d'épaisseur. Cet effet, qui crée une tension perpendiculaire à un courant appliqué, est généralement associé à des matériaux qui ont des propriétés magnétiques. Cependant, le bismuth est diamagnétique, ce qui signifie qu'il ne présente généralement pas un tel comportement.
Pour faire la découverte, Gervais et ses collègues, y compris l'auteur principal et le doctorat. Le candidat YU a développé une nouvelle technique pour créer un bismuth ultra-mince. Inspiré par une râpe de fromage, l'équipe à motifs des tranchées microscopiques sur une tranche de semi-conducteur, puis rasée mécaniquement de minces couches de bismuth. Ils ont ensuite testé ces flocons sous des champs magnétiques extrêmes – des dizaines de milliers de fois plus forts qu'un aimant de réfrigérateur – dans le laboratoire national de champs magnétiques à haut niveau en Floride.
Enfreindre les règles de la physique?
Des études antérieures ont suggéré que Bismuth ne devrait pas présenter AHE, ce qui rend les résultats de l'équipe d'autant plus déroutants.
« Je ne peux pas indiquer une théorie qui expliquerait cela », a déclaré Gervais, « seuls des morceaux d'une explication potentielle. »
Une hypothèse est que la structure atomique du bismuth limite le mouvement des électrons d'une manière qui imite le comportement des matériaux topologiques, a récemment découvert des substances exotiques dont les surfaces et les intérieurs présentent différentes propriétés. Ces matériaux pourraient révolutionner l'informatique.
La prochaine étape de l'équipe de recherche consiste à explorer si l'AHE de Bismuth peut être convertie en son homologue quantique, l'effet de salle anormal quantique (QAHE). Une telle percée pourrait ouvrir la voie à des dispositifs électroniques qui fonctionnent à des températures plus élevées que possible.
