En manipulant un semi‑conducteur avec des impulsions lumineuses ultrarapides, des physicien·ne·s de l’Université de Fribourg, en collaboration avec une équipe internationale, ont réussi pour la première fois à créer une phase métallique topologique éphémère — une configuration dans laquelle les électrons circulent de manière très stable et efficace. Cette prouesse concrétise une prédiction théorique vieille de plus de dix ans.

En envoyant des impulsions lumineuses de quelques femtosecondes, soit un millionième de milliardième de seconde, des physiciens de l’Université de Fribourg ont réussi à modifier le comportement des électrons dans un cristal de tellurure d’étain (SnTe), un semi‑conducteur connu des scientifiques pour ses propriétés particulières.

Grâce à une technique de spectroscopie de pointe permettant d’observer le mouvement des électrons à leur propre échelle de temps, le groupe de recherche a pu voir comment la lumière modifie les propriétés du matériau. «Nous avons observé que, sous l’effet du laser, la structure électronique du tellurure d’étain s’est temporairement «réorganisée », créant des états hybrides dits de Floquet-Bloch, où lumière et matière se mélangent», explique Claude Monney, professeur au département de physique de l’Université de Fribourg.

L’apparition éclair d’un état topologique inédit
Mais pour les auteurs de l’étude, le résultat le plus spectaculaire est l’apparition d’un cône de Dirac, une signature quantique caractéristique d’une phase topologique. Cet état permet aux électrons de circuler presque sans être freinés dans un matériau qui, à l’origine, n’y est pas propice. «Notre découverte, qui s’inscrit dans le cadre de la recherche fondamentale et de l’acquisition de nouvelles connaissances, ouvre la possibilité de contrôler, à l’aide de la lumière, les propriétés des semi‑conducteurs en les modifiant instantanément selon les besoins», commente Claude Monney.

Fait remarquable: cet état particulier de la matière n’existe que pendant l’impulsion lumineuse, soit environ 100 femtosecondes, avant de disparaître. «Grâce à la lumière, nous avons réussi à créer temporairement un matériau aux propriétés inédites», se réjouit Frédéric Chassot, chercheur au département de physique.

Une preuve attendue depuis plus de dix ans
En 2011, des scientifiques avaient démontré, mais en théorie uniquement, qu’on pouvait utiliser la lumière pour transformer un matériau et lui donner des propriétés topologiques. Jusque‑là, personne n’avait réussi à apporter la preuve en laboratoire. Cette étude constitue ainsi la première observation directe de ce phénomène

A terme, ces résultats pourraient déboucher sur des composants électroniques ultra‑rapides pilotés par laser, comme des transistors nouvelle génération, ainsi que sur de nouvelles avancées en informatique quantique.

- Chassot, F., Pulkkinen, A., Kremer, G. et al. Floquet topological state induced by light-driven band inversion in SnTe. Nat. Phys. (2026). https://doi.org/10.1038/s41567-026-03341-0
- Photo: © Gérald et Maxime Rumo