Resolviendo el debate: Resolviendo los estados de superficie electrónicos del hexaboruro de samario

• Fecha : 10 de junio de 2019
• Fuente : Universidad de Osaka
• Resumen : Los investigadores muestran que el hexaboruro de samario es un aislante topológico, que permite que los electrones fluyan solo a lo largo de su superficie exterior. Junto con sus fuertes correlaciones electrónicas, este material tiene potencial para ser utilizado en futuros dispositivos cuánticos espintrónicos que utilizan los espines de electrones individuales.

Un equipo dirigido por la Universidad de Osaka utilizó la espectroscopía de fotoelectrones con resolución angular para sondear la conductividad superficial inusual de los cristales de hexaboruro de samario. Mostraron que el material es una fase coexistente de "aislante topológico" en la que la corriente eléctrica puede fluir a lo largo de la superficiepero no a través de la mayor parte de la muestra, un "aislante Kondo", que sufre una transición de metal a aislador debido a la fuerte correlación electrónica. Este trabajo, que demuestra que los aislantes topológicos pueden tener simultáneamente fuertes correlaciones electrónicas, puede permitirdesarrollo de dispositivos de espín cuántico que utilizan los espines magnéticos de electrones individuales para superar a las computadoras actuales.

Ha existido un debate de larga data sobre la estructura electrónica de la superficie metálica del hexaboruro de samario SmB ₆ .SmB ₆ se sabe que es un aislante solo a bajas temperaturas debido a fuertes correlaciones electrónicas, llamado "efecto Kondo". A diferencia de la mayoría de los materiales, la resistencia en los aisladores Kondo en realidad aumenta con la disminución de la temperatura. Sin embargo, el origen de la conductividad remanente a baja temperaturaaún no se han revelado las temperaturas. Una hipótesis popular es que SmB ₆ también es un aislante topológico, que puede tener estados electrónicos metálicos en su superficie. Sin embargo, las estructuras electrónicas de superficie de SmB ₆ obtenido hasta ahora ha sido complejo y difícil de interpretar y, por lo tanto, esta pregunta de si SmB o no ₆ es de hecho topológico ha sido un debate de larga data. En este trabajo, el equipo observó los estados de la superficie desde una nueva orientación de cristal y logró simplificar significativamente los estados de la superficie.

La idea principal era medir a lo largo de una dirección de superficie particular, que anteriormente había sido difícil de hacer. Para obtener esta superficie, los investigadores primero tuvieron que preparar una superficie del cristal atómicamente plana y extremadamente limpia de una manera muy precisa. Lograronesto al calentar un solo cristal de hexaboruro de samario a temperaturas muy altas en una cámara de vacío ultraalta. Luego realizaron una espectroscopía de fotoelectrones con resolución angular, que monitorea los electrones expulsados ​​del cristal cuando se exponen a haces de luz intensos. Usando un detector ferromagnético, pudieron determinar no solo las velocidades de los electrones, sino también si tenían sus espines orientados hacia arriba o hacia abajo. "Pudimos demostrar que el hexaboruro de samario es un aislante topológico, sin ninguna ambigüedad", dice el autor principal Shin-ichi Kimura: "Esto abre una nueva área de investigación en la que pueden existir fuertes correlaciones y efectos topológicos en el mismo material".

Fuente de la historia :

Materiales proporcionados por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Yoshiyuki Ohtsubo, Yuki Yamashita, Kenta Hagiwara, Shin-ichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka, Ryu Yukawa, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Wataru Hirano, Fumitoshi Iga, Shin-ichi Kimura. Estados superficiales no triviales del hexaboruro de samario en la superficie 111 . Comunicaciones de la naturaleza , 2019; 10 1 DOI: 10.1038 / s41467-019-10353-3