Des chercheurs du Centre RIKEN pour la science de la matière émergente au Japon ont mis au point une méthode pionnière pour tailler des dispositifs nanoéchelles tridimensionnels à partir de cristaux uniques à l'aide de faisceaux d'ions focalisés. En façonnant des structures hélicoïdales à partir d'un cristal magnétique, ils ont créé des diodes commutables qui dirigent l'électricité préférentiellement dans une direction. Cette approche géométrique pourrait permettre des électroniques plus efficaces.
La percée, détaillée dans une étude publiée dans Nature Nanotechnology en 2026, implique une sculpture de précision avec un faisceau d'ions focalisé pour enlever la matière à des échelles submicrométriques. Les scientifiques ont fabriqué des hélices microscopiques à partir du cristal magnétique topologique Co₃Sn₂S₂, composé de cobalt, d'étain et de soufre. Ces structures minuscules présentent un transport électrique non réciproque, agissant comme des diodes où le courant circule plus facilement dans une direction que dans l'autre. Les expériences ont révélé que l'effet diode provient de la diffusion inégale des électrons le long des parois chirales et courbes des hélices. Le comportement peut être basculé en modifiant la magnétisation du matériau ou la chiralité de l'hélice. De plus, des impulsions électriques fortes ont été montrées pour inverser la magnétisation de la structure, soulignant des interactions bidirectionnelles entre forme, électricité et magnétisme. Cette technique surmonte les limitations de la fabrication traditionnelle, qui dégradent souvent la qualité du matériau ou restreignent les options. En permettant des conceptions 3D à partir de presque n'importe quel matériau cristallin, elle promet des dispositifs plus petits et plus puissants pour des applications comme la conversion AC/DC, le traitement de signaux et les LED. Max Birch, auteur principal de l'étude, a expliqué : « En traitant la géométrie comme une source de brisure de symétrie au même niveau que les propriétés intrinsèques du matériau, nous pouvons concevoir une non-réciprocité électrique au niveau du dispositif. Notre nouvelle méthode de nano-sculpture par faisceau d'ions focalisé ouvre un large éventail d'études sur la manière dont les géométries de dispositifs tridimensionnelles et courbes peuvent être utilisées pour réaliser de nouvelles fonctions électroniques. » Le chef de groupe Yoshinori Tokura a ajouté : « Plus largement, cette approche permet des conceptions de dispositifs combinant des états électroniques topologiques ou fortement corrélés avec une courbure conçue dans le régime de transport balistique ou hydrodynamique. La convergence de la physique des matériaux et de la nanofabrication pointe vers des architectures de dispositifs fonctionnels avec un impact potentiel sur les technologies de mémoire, de logique et de détection. » Les résultats soulignent comment la forme physique peut directement manipuler le mouvement des électrons, ouvrant la voie à des innovations géométriques en électronique.
