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(Noticias de Nanowerk) Los aisladores topológicos actúan como aislantes eléctricos en su interior, pero conducen la electricidad a lo largo de su superficie. Los investigadores están estudiando algunos de los comportamientos exóticos de estos aisladores mediante el uso de un campo magnético externo para obligar a los espines de iones dentro de un aislador topológico a ser paralelos entre sí. Este proceso se conoce como ruptura de simetría de inversión de tiempo.
Ahora, un equipo de investigación tiene un aislador topológico ferromagnético intrínseco (avances científicos«Realización de un estado topológico ferromagnético intrínseco en MnBi8Te13«). Esto significa que la simetría de inversión temporal se rompe sin la aplicación de un campo magnético.
El equipo utilizó una combinación de síntesis, herramientas de caracterización y teoría para confirmar la estructura y las propiedades de los nuevos materiales topológicos magnéticos. Descubrieron un exótico aislante de axión en MnBi8Te13.
Los investigadores pueden utilizar materiales topológicos magnéticos para realizar formas exóticas de materia que no se ven en otros tipos de materiales. Los científicos creen que los fenómenos exhibidos por estos materiales podrían ayudar al avance de la tecnología cuántica y aumentar la eficiencia energética de los futuros dispositivos electrónicos.
Los investigadores creen que un aislante topológico que es inherentemente ferromagnético es ideal para estudiar nuevos comportamientos topológicos, en lugar de obtener sus propiedades al agregar una pequeña cantidad de átomos magnéticos. Porque no se requiere un campo magnético externo para examinar las propiedades del material. También significa que el magnetismo del material se distribuye de manera más uniforme.
Sin embargo, los científicos se han enfrentado previamente a desafíos al fabricar este tipo de material. Este nuevo material consta de capas de átomos de manganeso, bismuto y telurio. Podría ofrecer oportunidades para explorar nuevas fases de la materia y desarrollar nuevas tecnologías. También ayuda a los investigadores a investigar cuestiones científicas fundamentales relacionadas con los materiales cuánticos.
El equipo de investigación, dirigido por científicos de la Universidad de California, Los Ángeles, desarrolló el aislador topológico ferromagnético intrínseco conectándolo con capas alternas de MnBi.2Te4 y bi2Te3, conectados por fuerzas de atracción débiles entre las moléculas. Los científicos descubrieron recientemente que el MnBi2Te4 es un material topológico naturalmente magnético. Para capas magnéticas de MnBi2Te4 apilados directamente uno encima del otro, los momentos magnéticos dentro de las capas adyacentes apuntan en direcciones opuestas, lo que hace que el material sea en general antiferromagnético: se pierden los aspectos topológicos de las propiedades importantes para las tecnologías.
Los investigadores resolvieron este problema creando un nuevo compuesto con tres bicapas no magnéticas.2Te3 entre capas de MnBi2Te4que juntos producen MnBi8Te13. Este diseño de material aumenta la distancia entre el MnBi2Te4 Capas que eliminan con éxito el efecto antiferromagnético, lo que da como resultado un ferromagnetismo de largo alcance por debajo de 10,5 K con un fuerte acoplamiento entre el magnetismo y los portadores de carga.
Aspectos importantes de esta investigación fueron los experimentos de dispersión de neutrones realizados por el instrumento DEMAND en el High Flux Isotope Reactor (HFIR), que determinaron con precisión cómo se organizan los átomos dentro del MnBi.8Te13 material y confirmó su estado ferromagnético. Debido a que los neutrones tienen su propio momento magnético, pueden usarse para determinar la estructura magnética dentro de un material.
Los científicos también utilizaron experimentos de espectroscopia de fotoemisión con resolución angular en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford, una instalación de usuario del Departamento de Energía, y cálculos de la teoría funcional de la densidad para probar el estado electrónico y topológico del material. Al combinar las evaluaciones de todos estos métodos, los investigadores pudieron validar las propiedades ferromagnéticas y topológicas consistentes con un aislante de axión con brechas de hibridación de superficie significativas y un número de Chern no trivial.
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