Des scientifiques ont observé un comportement étrange des électrons dans le matériau quantique pentatellurure de zirconium (ZrTe5). Dans des conditions proches du zéro absolu et sous des champs magnétiques allant jusqu'à 60 teslas, le matériau présente des oscillations quantiques qui ne disparaissent pas là où la théorie standard l'exige.
Les oscillations ordinaires de la magnétorésistance sont périodiques en fonction de l'inverse du champ et s'atténuent au-delà de la limite quantique. Dans ZrTe5, le schéma est différent : les oscillations se poursuivent plus loin que prévu et ne suivent pas la périodicité habituelle 1/B.
Les expériences ont été menées à des températures d'environ 0,7 kelvins. L'équipe a combiné des mesures de transport électrique dans des champs très intenses avec des calculs théoriques détaillés.
L'étude a été dirigée par des spécialistes de l'Université de São Paulo au Brésil, en collaboration avec des collègues du Laboratoire national de Los Alamos et de l'Université de Washington. Les résultats ont été publiés dans Nature Communications.
Le professeur Júlio Larrea Jiménez de l'USP souligne que ce travail élargit la compréhension du transport des électrons dans les phases exotiques de la matière. Les isolants topologiques, selon lui, peuvent transporter non seulement la charge, mais aussi le spin des électrons.
Dans les matériaux proches des transitions de phase topologiques, les électrons se comportent comme des quasiparticules semblables aux fermions de Dirac relativistes. L'interaction de leur spin avec le champ magnétique modifie les niveaux d'énergie de sorte que les niveaux de Landau « reviennent » et croisent à nouveau l'énergie pertinente du système.
Cette observation indique une origine topologique de l'effet, et non des interactions multiparticulaires ordinaires. Qu'est-ce qui explique une telle persistance des oscillations ?
La découverte souligne le rôle du spin dans les propriétés de transport des matériaux topologiques et ouvre la voie à une compréhension plus profonde des phases quantiques dans des conditions extrêmes.
