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(noticias nanowerk) Se han descubierto fases topológicas duales en un cristal monocapa intrínseco, un hallazgo que revela propiedades de flexión de reglas nuevas y únicas en un material cuántico, informó recientemente en la revista un equipo internacional de científicos dirigido por físicos del Boston College. Naturaleza (“Aislante Hall de espín cuántico dual mediante correlaciones ajustadas por densidad en TaIrTe4«).
El descubrimiento de un aislante topológico dual introduce un nuevo método para generar minibandas planas topológicas a través de interacciones electrónicas, proporcionando una plataforma prometedora para explorar fases cuánticas exóticas y electromagnetismo, informó el equipo.
“Hemos producido experimentalmente muestras atómicamente delgadas y de alta calidad de TaIrTe4 y desarrolló los dispositivos electrónicos correspondientes”, dijo Qiong Ma, profesor asistente de física en el Boston College y autor principal del informe. «Particularmente fascinante es nuestro descubrimiento de no uno sino dos estados de aislamiento topológico que van más allá de las predicciones de la teoría».
Los resultados conducen a un efecto novedoso que el equipo llama aislante topológico dual o aislante Hall de espín cuántico dual, dijo Ma.
Capas bidimensionales excepcionalmente delgadas de un material cristalino llamado TaIrTe4fabricados a partir de tantalio, iridio y telurio, fueron el tema central del equipo de científicos de BC, MIT, la Universidad de Harvard, UCLA, Texas A&M, la Universidad de Tennessee, la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, la Academia de Ciencias de China y el Instituto Nacional de Ciencias de Japón. Ciencia Ciencia de los Materiales.
Cada capa tiene menos de 1 nanómetro de espesor, más de 100.000 veces más delgada que un mechón de cabello humano. Estas capas, o «escamas», se despegaron cuidadosamente de un cristal más grande utilizando un método simple de cinta transparente, una técnica ganadora del Premio Nobel ampliamente utilizada en ciencia de materiales.
«Nuestro estudio tuvo como objetivo comprender cómo estos materiales conducen la electricidad», dijo Ma. «Dado el pequeño tamaño de estos materiales, utilizamos técnicas avanzadas de nanofabricación, incluida la fotolitografía y la litografía por haz de electrones, para fabricar contactos eléctricos de tamaño nanométrico».
Ma dijo que el objetivo principal del proyecto es probar la predicción teórica que sugiere el TaIrTe más delgado.4 La capa actúa como un aislante topológico bidimensional, también conocido como aislante Hall de espín cuántico, un material novedoso cuyo interior es aislante y cuyos límites permiten que la electricidad fluya sin pérdida de energía. Esta combinación única hace que estos materiales sean un foco de atención para los investigadores que buscan desarrollar generaciones futuras de dispositivos electrónicos energéticamente eficientes.
Al manipular parámetros específicos (los llamados voltajes de puerta), el equipo encontró TaIrTe4La transición entre dos estados topológicos diferentes, afirmó Ma. En ambos casos, el material del interior no tiene conductividad eléctrica, mientras que sus límites siguen siendo conductores. A través de investigaciones experimentales y teóricas sistemáticas, encontramos que estos dos estados topológicos tienen orígenes diferentes.
Los resultados, que superaron las predicciones teóricas, sorprendieron a los científicos.
«Normalmente, agregar electrones a un material aumenta su conductividad debido a la mayor cantidad de cargas o portadores de electricidad», dijo Ma. “Al principio nuestro sistema se comportó como se esperaba y se volvió más conductor con la adición de electrones. Sin embargo, en un determinado momento, el interior volvió a quedar inesperadamente aislado mediante la adición de más electrones, con conducción eléctrica sólo en los límites y sin pérdida de energía, lo que vuelve a ser exactamente una fase de aislamiento topológico, como en el punto inicial, cuando el interior no tiene más electrones. Esta transición a una segunda fase de aislamiento topológico es completamente inesperada”.
Ma dijo que el trabajo futuro sobre el descubrimiento incluye la colaboración con grupos expertos en otras técnicas especializadas, como sondas de imágenes a nanoescala, para comprender mejor el comportamiento inesperado.
«También nos centraremos en mejorar la calidad de nuestro material para mejorar la ya impresionante guía topológica sin pérdidas», dijo Ma. «Además, planeamos construir heteroestructuras basadas en este nuevo material para desbloquear comportamientos físicos aún más fascinantes».
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