Matière topologique ferroélectrique pour la manipulation des fermions de Weyl – FERROTOP

Ce projet vise à combiner ferroélectricité et topologie pour créer une nouvelle classe de matériaux appelés isolants topologiques ferroélectriques (FerroTis). Ils seront développés à partir des semiconducteurs IV-VI à faible gap et utilisés pour la manipulation des fermions de Weyl.

Ces matériaux seront fabriqués par épitaxie par jet moléculaire et leurs propriétés électroniques complexes seront analysées par l'ARPES, la magnétooptique et le transport quantique. Outre alliages IV-VI usuels, les nouveaux systèmes quaternaires (Pb,Ge,Sn)Se et Te seront développés pour la première fois afin de former des FerroTis dans lesquels ferroélectricité et topologie peuvent être ajustées indépendamment par la composition en Ge et en Sn.

La physique de Weyl intervient lorsque les fermions ont une masse nulle et une chiralité bien définie. Ce comportement relativiste se produit dans la matière topologique lorsque la symétrie d'inversion est brisée par la ferroélectricité. Dans les systèmes topologiques IV-VI usuels, le gap se ferme pour des valeurs bien définies de paramètres ajustables (composition chimique, température, contrainte...), puis le gap se rouvre avec une inversion de la symétrie des bandes. Nous démontrerons que ce comportement est radicalement différent dans les FerroTis pour lesquels une phase métallique protégée par les noeuds de Weyl persiste dans un large domaine de ces paramètres ajustables. Nous étudierons comment la phase semimétallique de Weyl émerge dans les FerroTis sous l'effet d'une distorsion ferroélectrique.

Notre projet ouvre des perspectives importantes en physique fondamentale en ce qui concerne l'anomalie chirale, les arcs de Fermi ou les axions... Il ouvre aussi la voie au développement de nouveaux dispositifs en électronique non dissipative ou en électronique de spin, basée sur une conversion de courant spin/charge très efficace. Le projet est aussi d'une grande actualité pour la réalisation de "qubit chiraux" pour l'information quantique.