Le domaine de recherche sur les phonons chiraux connaît un développement dynamique et offre une toute nouvelle perspective à la science des matériaux. Des résultats récents proposent un cadre de classification des phonons et passent en revue les matériaux déjà étudiés ou susceptibles de présenter des phonons chiraux à l’avenir, impulsant fortement cette direction populaire dans les matériaux quantiques. L’assistant professeur de physique Matthias Geilhuys est l’un des principaux auteurs.

La matière est composée d’un grand nombre d’ions et d’électrons ; les ions forment un réseau cristallin dont les excitations de vibration sont les phonons. Les phonons chiraux sont des états d’excitation où deux énantiomères différents coexistent dans le réseau ; ils peuvent apparaître naturellement par la symétrie du cristal ou être excités par un champ laser. Grâce à leur symétrie, les phonons chiraux peuvent se coupler à la magnétisation du matériau ou à un champ magnétique externe ; au cours des cinq dernières années, les expériences ont montré que ce couplage est bien plus fort que prévu. Certains phonons chiraux possèdent un moment angulaire et génèrent un champ magnétique effectif suffisamment puissant pour contrôler la magnétisation du matériau – une avancée majeure pour le futur stockage d’informations informatiques – et cela avec beaucoup moins d’énergie que les champs magnétiques traditionnels. Les phonons chiraux géométriques sans moment angulaire peuvent, via l’effet CISS, se coupler au spin des électrons ; contrôler ces phonons pourrait permettre de développer des catalyseurs capables de distinguer les énantiomères.

L’équipe de Matthias Geilhuys a développé un modèle théorique expliquant le couplage fort entre phonons chiraux et magnétisation. Il déclare que cet effet pourrait non seulement servir à de nouvelles technologies, mais aussi aider à comprendre les transitions de phase des matériaux ; l’équipe s’intéresse particulièrement au rôle des phonons chiraux dans les systèmes à plusieurs corps et les systèmes en rotation.