La plupart des matériaux de la nature présentent au moins une situation topologique

Une étude menée par le DIPC et l'Université de Princenton dissimule la conviction d'il y a 40 ans que les matériaux topologiques sont rares et exotiques. En fait, ils ont précisé que pratiquement tous les matériaux de la nature ont au moins une situation topologique. L’article, publié dans la revue Science, introduit le concept de « supertopologie » dans la théorie de la topologie des bandes.

 

La topologie est une propriété physique de certains matériaux caractérisés par des états forts anormaux. Dans ces circonstances, les propriétés électroniques des surfaces et des bords ne font pas référence à des perturbations locales. Cette immuabilité intrinsèque fait que les matériaux topologiques sont d'excellents candidats pour l'observation d'effets tels que l'interconversion du courant électrique et du spin des électrons, pour simuler les théories exotiques de la physique des hautes énergies et, dans des conditions appropriées, pour le stockage et la manipulation de l'information quantique.

 

Selon Maia García Vergniory, chercheuse du DIPC, le potentiel des matériaux topologiques est énorme. Jusqu'à récemment, on a trouvé un ensemble de matériaux topologiques par intuition chimique et on a considéré que les états électroniques topologiques étaient comme une aiguille perdue dans un ponçage. Maintenant, à l'aide d'un modèle informatique à haute performance, plus de la moitié des matériaux 3d connus dans la nature sont topologiques et près de 90% présentent des états topologiques latents.

 

Grâce à une analyse chimique et topologique combinée, le groupe a regroupé les structures électroniques en environ 38 000 matériaux topologiques qu'il met à la disposition de la communauté scientifique dans la base de données Topological Materials Database. Le développement de la nouvelle théorie de l'espace - appelée Chimie quantique topolaire - dans les bandes thologiques a eu lieu pendant six ans.

 

Compte tenu de ces résultats, les caractéristiques expérimentales des situations topologiques devraient également être observées dans de nombreux matériaux dans des études précédentes. Après avoir analysé les données des expériences photographiques réalisées précédemment, l'équipe a découvert qu'il en était ainsi. Par exemple, dans les études expérimentales précédentes, les chercheurs ont trouvé des résonances superficielles inexplicables, et dans l'étude actuelle ont été considérées comme des situations topologiques superficielles non considérées.

 

Cela ouvre les portes à l’avenir, où des matériaux de fonctionnalité avancée seront conçus, combinant l’intuition humaine avec l’intelligence artificielle basée sur la base de données des matériaux topologiques et la chimie quantique topologique ».