En 2025, une équipe de scientifiques néerlandais a réalisé une percée significative dans la technologie quantique, développant des dispositifs ultra-minces fonctionnant sans aimants encombrants et opérant à température ambiante. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la création de technologies compactes, rapides et économes en énergie.
La recherche, publiée dans Nature Communications, a confirmé l'existence de l'effet Hall de spin quantique (QSH) dans le graphène sans avoir besoin d'un champ magnétique externe. Cet effet, lié à la propriété quantique des électrons connue sous le nom de spin, permet la transmission et le traitement de l'information à l'aide de dispositifs spintroniques.
Au cours des expériences, les scientifiques ont utilisé du graphène magnétique, en le superposant avec un matériau antiferromagnétique, le CrPS₄. Cette combinaison a modifié les propriétés internes du graphène, conduisant à des interactions spin-orbite et d'échange, cruciales pour la formation d'états de bord topologiquement protégés. Ces états assurent le mouvement des électrons le long des bords du matériau sans résistance, leurs spins étant alignés dans des directions opposées – c'est l'effet Hall de spin quantique.
La création de tels dispositifs était auparavant confrontée à des défis importants, car le contrôle du spin des électrons nécessitait des champs magnétiques puissants et des températures extrêmement basses. Cependant, la nouvelle recherche a démontré que les propriétés magnétiques peuvent être créées en interne au sein du matériau, en utilisant l'effet de proximité avec l'antiferromagnétique CrPS₄. Les chercheurs ont également noté que la capacité d'observer des états de spin stables, même à température ambiante, rend la technologie plus pratique pour les applications réelles.
Cette percée valide les prédictions théoriques faites il y a une décennie, indiquant que le graphène, dans des conditions spécifiques, peut supporter des états de spin quantiques stables. L'un des chercheurs a souligné que la capacité de créer des qubits de spin quantique sans l'utilisation de champs magnétiques externes ouvre de nouvelles opportunités pour la spintronique et la physique topologique.
L'effet Hall de spin quantique est un phénomène où les électrons dans un conducteur subissent des potentiels différents (tension de Hall) sur les bords opposés lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique, perpendiculaire au courant. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour les dispositifs spintroniques dans le futur.