Petit rappel préalable : la topologie est une discipline qui étudie les déformations d'un objet en un autre ; par exemple, un cube en sphère, un tore en tasse à café. Au cours des quinze dernières années, la communauté a appris que les phases topologiques de la matière ne sont pas rares mais qu'elles apparaissent sous une forme ou une autre dans plus de la moitié des matériaux à l'état solide connus. Les phases topologiques les plus fréquentes dans les matériaux 3D réels sont des « états d'isolant cristallin topologique (ICT) ». « Ces isolants cristallins topologiques sont compliqués à étudier car ils sont gouvernés par de nombreuses symétries », indique Ben Wieder de l'IPhT qui vient d'obtenir une bourse ERC Starting pour son projet TopoRosetta.
Contrairement aux « états de Hall quantique », les ICT ont des signatures expérimentales inconnues et par conséquent, n'ont pas encore d'applications pratiques. Dans le cadre de son projet, le chercheur esquisse plusieurs pistes pour traduire les modèles théoriques des ICT en expériences sur des matériaux réels. Il aura notamment recours à des techniques basées sur la théorie des champs quantiques en interaction, ainsi que de nouvelles techniques numériques. Le fil conducteur de ses recherches est le langage mathématique de la théorie des groupes de symétrie, qui fournit des contraintes fondamentales sur les phases topologiques dans les matériaux cristallins. Dans TopoRosetta, il introduira une « pierre de Rosette », basée sur la théorie des groupes, pour construire un dictionnaire entre les langages actuellement déconnectés de la topologie de l'état solide et des observables physiques, indépendantes du système, dans l'espoir de découvrir de nouvelles bases expérimentales pour la spintronique et la science de l'information quantique.
Benjamin Wieder est un jeune chercheur américain au parcours académique brillant. Il a soutenu sa thèse en 2016 à l'Université de Pennsylvanie, puis il a fait un post-doc à l'université de Princeton et un second post-doc au prestigieux Massachussetts Institute of Technology. Il a été recruté à l'IPhT en septembre 2022.