Le phénomène des électrons balistiques, où les porteurs de charge se déplacent avec des pertes quasi nulles, évitant la diffusion causée par les défauts structurels, demeure un axe de recherche fondamental dans le domaine des matériaux quantiques contemporains. Ce comportement, typique des environnements à dimensionnalité réduite, ouvre des perspectives considérables pour l'électronique du futur. Des scientifiques éminents du Forschungszentrum Jülich et de l'Université RWTH Aachen ont mis au point une modélisation inédite, capable d'identifier ce type particulier de flux électronique dans des conditions qui se rapprochent au maximum des configurations expérimentales réelles.
Les canaux balistiques, qui se forment spécifiquement aux bords des matériaux topologiques bidimensionnels, sont considérés comme la pierre angulaire pour la création de circuits à haute efficacité et de qubits stables pour l'informatique quantique. Cette nouvelle approche théorique s'appuie sur les principes fondamentaux du transport de charge balistique établis par Rolf Landauer. La théorie classique de Landauer postulait un scénario idéalisé où les électrons ne pouvaient pénétrer ou quitter le canal qu'à ses extrémités.
L'avancée majeure réalisée par les chercheurs de Jülich réside dans le dépassement de cette restriction. Leur modèle reconnaît que le canal de charge balistique n'est pas une entité isolée, mais qu'il fait partie intégrante d'un matériau conducteur plus vaste qui assure l'injection du courant. Cela implique que les électrons peuvent s'infiltrer dans le canal ou en sortir sur toute sa longueur, ce qui est en parfaite adéquation avec les observations faites en laboratoire.
Le Docteur Christoph Moers, premier auteur de cette étude, a souligné que cette percée permet, pour la première fois, de décrire le comportement des canaux de bord de manière conforme à la réalité physique. Selon lui, la théorie proposée fournit des signatures distinctives et claires permettant de déterminer sans ambiguïté la présence d'un courant balistique sans perte et de le différencier d'un transfert de charge dissipatif classique.
Le modèle est capable de prédire des distributions de tension spécifiques, lesquelles peuvent être mesurées directement à l'aide de nanoprobes ou de microscopes à balayage multi-sondes. La capacité à distinguer clairement les courants balistiques des courants dissipatifs est une étape indispensable pour confirmer l'existence de ces canaux de conduction hors du commun et envisager leur exploitation pratique dans les dispositifs futurs. La recherche sur les matériaux topologiques, tels que les isolants topologiques qui manifestent un comportement balistique en surface, est activement menée en vue de concevoir des transistors ultrarapides. La modélisation précise de ces effets influence directement la conception de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques spécifiques, constituant ainsi la base des technologies de semi-conducteurs de prochaine génération.