Effet Hall Quantique de spin dans les semi-conducteurs III-V

La topologie — concept récompensé par le Prix Nobel de Physique 2016 — a profondément transformé notre compréhension des conducteurs et des isolants. Après les découvertes majeures de l’effet Hall quantique et du graphène, les isolants topologiques ont ouvert un nouveau champ de recherche, à la croisée de la physique fondamentale et des technologies quantiques.

Parmi ces états de la matière, l’effet Hall quantique de spin (QSH) représente une plateforme prometteuse pour le transport sans dissipation et l’informatique quantique. Il a été observé dans divers systèmes — puits quantiques HgTe et InAs/GaSb, puis dans le WTe₂ — mais uniquement à basse température : quelques kelvins pour HgTe, en dessous du kelvin pour InAs/GaSb, et jusqu’à 100 K pour WTe₂, dans des dispositifs nanométriques technologiquement complexes.

Aujourd’hui, un défi international est engagé pour stabiliser l’état QSH dans des matériaux compatibles avec la microélectronique, et surtout fonctionnels à température ambiante.
Dans ce contexte, le L2C a été pionnier en proposant de nouvelles structures tricouches (TQW) à base d’InAs/GaInSb/InAs, permettant — grâce à une ingénierie fine des bandes — de créer une bande interdite topologique de plusieurs dizaines de meV.

Cette structure de bande inversée a été démontrée expérimentalement [Phys. Rev. Res. 4, L042042 (2022)], révélant un gap robuste (~45 meV), stable jusqu’à 100 K. En collaboration avec l’Université de Würtzbourg, cette avancée a permis d’observer pour la première fois la quantification de la conductance de bord à des températures proches de 77 K [M. Meyer et al., Sci. Adv., 2025].

Ces résultats ouvrent désormais la voie à une exploration détaillée des états de bord topologiques, notamment leur stabilité face aux perturbations et les mécanismes responsables de leur dégradation à longue distance — une étape clé vers des dispositifs topologiques fonctionnels à haute température.