L’effet quantique pourrait alimenter l’électronique future

Houston, 14 août 2025 – Les scientifiques ont trouvé des preuves directes de bandes électroniques plates actives dans un Superconducteur de Kagomeune découverte qui pourrait révolutionner la façon dont nous concevons des matériaux quantiques pour les futures électroniques et l’informatique. Des chercheurs de Rice University et des institutions collaboratrices ont identifié ces bandes insaisissables de CSCRSB, un matériau à base de chrome qui devient supraconducteur sous pression.

Saut quantique pour les nouveaux matériaux

Cette percée offre une voie tangible pour créer des matériaux avancés comme les isolateurs topologiques et l’électronique à base de spin. Les résultats, publiés le 14 août, confirment une prédiction théorique de longue date et fournissent une preuve de concept expérimentale.

• Les techniques de synchrotron avancées et la modélisation théorique ont été essentielles aux résultats.

Les métaux de Kagome, connus pour leurs structures de réseau triangulaire uniques, ont été théorisées pour posséder des orbitales moléculaires compactes. Ces modèles d’ondes debout électron peuvent débloquer la supraconductivité non conventionnelle et de nouvelles propriétés magnétiques. Jusqu’à présent, ces bandes plates cruciales étaient généralement trop éloignées des niveaux d’énergie actifs pour exercer une influence significative.

«Nos résultats confirment une prédiction théorique surprenante et établissent une voie pour l’ingénierie de la supraconductivité exotique par le contrôle chimique et structurel», a déclaré Pengcheng Dai, professeur à Rice. L’étude a également été dirigée par Ming Yi et Qimiao SI du riz, ainsi que Di-Jing Huang du National Synchrotron Radiation Research Center de Taiwan.

Cette recherche illustre comment la conception complexe des réseaux Kagome peut être un outil puissant pour contrôler le comportement des électrons dans les solides. « En identifiant des bandes plates actives, nous avons démontré un lien direct entre la géométrie du réseau et les états quantiques émergents », a expliqué Yi.

Qu’est-ce qu’une bande plate dans un supraconducteur? Une bande électronique plate signifie que les électrons dans cette bande se déplacent avec très peu de variation d’énergie, ce qui entraîne peut-être des phénomènes quantiques uniques comme la supraconductivité.

L’équipe a utilisé la spectroscopie de photoémission résolue par angle (ARPES) et la diffusion de rayons X inélastiques résonante (Rix) parallèlement à la modélisation théorique. ARPES a cartographié les électrons émis, révélant les signatures des orbitales moléculaires, tandis que les rix ont mesuré les excitations magnétiques liées à ces modes d’électrons.

« Les résultats des arpes et des rix de notre équipe collaborative donnent une image cohérente que les bandes plates ici ne sont pas des spectateurs passifs mais des participants actifs à façonner le paysage magnétique et électronique », a déclaré SI. «C’est incroyable à voir étant donné que, jusqu’à présent, nous n’avons pu voir de telles fonctionnalités que dans des modèles théoriques abstraits.»

Le support théorique provenait d’un modèle de réseau électronique sur mesure, qui a réussi à reproduire les caractéristiques observées et à guider l’interprétation des résultats. Fang Xie, un junior à Rice, a dirigé cet aspect crucial de l’étude.

La production des cristaux CSCRSB inhabituellement grands et purs était un exploit significatif, réalisé grâce à une méthode de synthèse raffinée, ce qui a donné des échantillons 100 fois plus importants que les efforts précédents. Zehao Wang, étudiant diplômé de riz et co-premier auteur, a souligné l’importance de ces échantillons de haute qualité.

Yucheng Guo, un autre étudiant diplômé de riz et co-auteur qui a dirigé le travail d’Arpes, a souligné le pouvoir de la collaboration interdisciplinaire. « Ce travail a été possible en raison de la collaboration consistant en la conception des matériaux, la synthèse, la caractérisation et la théorie de la spectroscopie électronique et magnétique », a déclaré Guo.

Cette recherche a reçu le soutien de l’USDepartment of Energy, de la Robert A. Welch Foundation, de la Fondation Gordon et Betty Moore, du Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force, de la National Science Foundation et du Vannevar Bush Faculty Fellowship Program.