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Kamran Behnia - Laboratoire de Physique et d’Etude des matériaux Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles, Paris

Les vallées de Dirac et leur polarisation dans le bismuth


Dans certains cristaux, la symétrie de réseau offre aux électrons un degré de liberté supplémentaire, celui des vallées. Le principal défi dans le domaine de la valleytronics est de lever la dégénérescence de vallée d’une manière contrôlée[1]. Dans le bismuth, la surface de Fermi comprend trois vallées en forme de cigare se trouvant à peu près perpendiculaire à l’axe de haute symétrie haut dit trigonale. Pour chacun de ces vallées, l’anisotrope de la masse effective est supérieure à 200. Ceci est une manifestation d’une dispersion de Dirac qui réduit
considérablement la masse effective le long de deux entre les trois orientations.

 

Selon notre étude très récente de la magnétorésistance-dépendant-de-l’angle [2], un flux d’électrons au long de l’axe trigonal du bismuth est extrêmement sensible à l’orientation d’un champ magnétique dans le plan perpendiculaire. Ainsi, un champ magnétique rotatif peut être
utilisé comme une « vanne de vallée » réglant la contribution de chaque vallée à la conductivité totale. Cet effet est visible même à la température ambiante, une propriété exclusive de bismuth. A haute température et faible champ magnétique, les trois vallées sont
interchangeables et la symétrie du réseau sous-jacent est respectée. Quand on diminue la température ou augmente le champ magnétique, cette symétrie se perd spontanément. Cette perte peut être une manifestation expérimentale d’une nématicité de vallée induite par le
champ magnétique, une idée théorique récemment proposée[3].

 

1. A. Rycerz, J. Tworzydlo and C. W. J. Beenakker, Valley filter and valley valve in graphene, Nature Physics 3, 172 (2007)

2. Z. Zhu, A. Callaudin, B. Fauqué, W. Kang and K. Behnia, Field-induced polarization of Dirac electrons in bismuth, Nature Physics 8, 89 (2012)

3. D. A. Abanin, S. A. Parameswaran S. A. Kivelson, S. L. Sondhi, Nematic Valley Ordering in Quantum Hall Systems, Phys. Rev. B 82, 035428 (2010)

 

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