Topologique de physique de la matière condensée

 

Tamar Pereg-Barnea

Université McGill

 

Domaine : matériaux

Programme établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2012-2013

Le spectre d'énergie de tout isolant a une bande interdite (un gap) qui inhibe le transport électronique. Jusqu'à tout récemment, la classification des isolants reposait uniquement sur la cause du gap. Si ce dernier résulte de la structure de bande, nous avons un isolant de bande. Sinon, il y a une symétrie brisée où l'ordre de spin ou de charge cause le gap. Il y a quelques années, une nouvelle classe d'isolants a été découverte – les isolants topologiques. Dans ces systèmes, le gap empêche la conduction du courant électrique au centre du matériau, mais les courants de surface peuvent circuler sans dissipation. Ceux-ci sont protégés de la diffusion par la topologie du système. La topologie mesure l'entremêlement des états propres du système. Par exemple, un vortex de spin dans l'espace de Fourier a une topologie non triviale. Un système relié aux isolants topologiques est le supraconducteur topologique, qui n'a pas encore été observé en laboratoire. Dans ce dernier, le gap est formé par appariement de Cooper et la topologie apparaît dans la structure des paires.

Curieusement, ces nouveaux phénomènes ne sont pas la conséquence d'interactions fortes, mais plutôt du couplage spin-orbite combiné à certaines structures cristallines. Dès lors, les interactions et les effets du désordre sont grandement négligés dans la littérature. Ma recherche vise à amener l'étude des systèmes topologiques vers la faisabilité en considérant des systèmes en interaction et désordonnés. L'étude des interactions fortes pourrait mener à la réalisation d'un supraconducteur topologique, alors que le désordre est nécessaire pour décrire tout système concret.