Accueil > Français > A noter > Faits marquants > Highlights 2013

Un regard ultrarapide sur les isolants topologiques


Un regard ultrarapide sur les isolants topologiques

Les isolants topologiques sont une nouvelle phase de la matière quantique, qui présente des propriétés de transport électroniques surprenantes. Ces matériaux possèdent des états électroniques conducteurs en surface qui sont protégés par la symétrie d’inversion temporelle : par conséquent, ils ne peuvent pas être connectés de façon adiabatique au volume, qui est isolant. La nature topologique de cette différence entre surface et volume rend les états de surface particulièrement robustes, ce qui est extrêmement intéressant dans la perspective d’utilisation de ces matériaux dans la technologie électronique. Dans cette perspective , il est nécessaire de connaitre de façon détaillée les processus de diffusion des électrons entre les bandes de volume et celles de surface, qui forment un cône de Dirac similaire à ceux observés dans le graphène.

 

Une collaboration entre LPS, LSI, LOA, SOLEIL et les universités américaines de Purdue et GeorgiaTech a étudié ces problèmes pour un des isolants topologiques à 3 dimensions, le composé prototype Bi2Te3, en utilisant une méthode novatrice et très puissantes, la photoémission angulaire ultrarapide. Cette méthode, qui permet de sonder les états excités de la matière avec des sources laser femtoseconde, permet d’étudier les états vides du cône de Dirac – ce qui sont les plus importants pour la conduction des électrons – et d’évaluer les temps caractéristiques de leur interaction avec les bandes du volume. La visualisation dans l’espace réciproque des états électroniques transitoires (Figure 1) et l’étude de leur évolution sur l’échelle de la femtoseconde (Figure 1) permet de montrer de façon directe que la dynamique des bandes de surfaces est sensiblement plus lente que le processus typiques qui ont lieu dans le volume.

 

Figure : schéma du cône de Dirac photoexcité avec des impulsions laser femtoseconde.

 

Figure 1  : Évolution ultrarapide des bandes électronique de volume (B1* et B2*) et de surface (S et S*) dans Bi2Te3.

 

Contact :

 

Marino Marsi (marino.marsi@u-psud.fr)