Prix Latsis Universitaire 2015 – Hugo Dil
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Influence of spin-orbit interaction (SOI) on the electronic structure of novel materials
« Pour ses contributions majeures dans le domaine des isolants topologiques, et en particulier pour la détermination de la texture de spin des états de surface topologiques et la mise en évidence du phénomène d’interférence de spin.»
La conception d'une nouvelle génération de composants électroniques est nécessaire pour obtenir d’une part une réduction de la consommation d'énergie et d’autre part, améliorer la vitesse et la flexibilité des dispositifs. Les deux objectifs peuvent être atteints en spintronique, en utilisant le spin, autrement dit, le moment magnétique intrinsèque de l’électron, pour transporter et manipuler l’information, alors qu’à ce jour on utilisait sa charge. Pour avancer, de nouveaux matériaux avec de nouvelles propriétés de la structure électronique et du spin sont nécessaires.
Les isolants topologiques sont un exemple particulier car ils forment une nouvelle classe de matériaux. Dans la majorité, ce sont des semi-conducteurs, mais à la surface ou à l’interface avec un autre matériau, un état métallique est formé. L'existence de cet état est garantie par la topologie de la structure électronique et il ne peut pas être détruit. En outre, ces états ont des textures de spin uniques qui en font un candidat de choix pour un filtre de spin non magnétique. Nous avons identifié ces matériaux par leur texture de spin, étudié comment cette phase se développe à travers leurs transitions de phase, et comment la protection topologique fonctionne à l'échelle atomique.
Un autre élément important de la spintronique est la manipulation de l'orientation du spin. Ceci peut être réalisé par des systèmes Rashba où la surface de Fermi se compose de deux cercles concentriques à spin polarisé hélicoïdalement. Nous avons identifié une telle texture de spin sur la surface d'un matériau transparent banal. En prime, cette surface montre toutes les propriétés pour servir de plate-forme 2D pour la formation de quasi-particules de Majorana, des fermions qui sont eux-mêmes leurs propres anti-particules.
