Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech han arrojado luz sobre la relación entre las propiedades magnéticas de los aislantes topológicos y su estructura de banda electrónica. Sus resultados experimentales ofrecen nuevos conocimientos sobre los debates recientes sobre la evolución de la estructura de la banda con la temperatura enestos materiales, que exhiben fenómenos cuánticos inusuales y se prevé que sean cruciales en la electrónica de próxima generación, la espintrónica y las computadoras cuánticas.
Los aislantes topológicos tienen la propiedad peculiar de ser eléctricamente conductores en la superficie pero aislantes en su interior. Esta característica aparentemente simple y única permite que estos materiales alberguen una plétora de fenómenos cuánticos exóticos que serían útiles para computadoras cuánticas, espintrónica ysistemas optoelectrónicos avanzados.
Para desbloquear algunas de las propiedades cuánticas inusuales, sin embargo, es necesario inducir el magnetismo en los aislantes topológicos. En otras palabras, se debe lograr algún tipo de 'orden' en cómo los electrones en el material se alinean entre sí.En 2017, se propuso un método novedoso para lograr esta hazaña. Denominada "extensión magnética", la técnica consiste en insertar una monocapa de un material magnético en la capa superior del aislante topológico, lo que evita los problemas causados por otros métodos disponibles como el dopaje conimpurezas magnéticas.
Desafortunadamente, el uso de la extensión magnética llevó a preguntas complejas y respuestas contradictorias con respecto a la estructura de la banda electrónica de los materiales resultantes, que dicta los posibles niveles de energía de los electrones y, en última instancia, determina las propiedades conductoras del material. Se sabe que los aislantes topológicos exhiben lo que esconocido como "cono de Dirac DC" en su estructura de banda electrónica que se asemeja a dos conos uno frente al otro. En teoría, el DC está abierto para aisladores topológicos ordinarios, pero se abre al inducir magnetismo. Sin embargo, la comunidad científica no ha estado de acuerdosobre la correlación entre el espacio entre las dos puntas de los conos y las características magnéticas del material experimentalmente.
En un esfuerzo reciente para resolver este asunto, científicos de múltiples universidades e institutos de investigación llevaron a cabo un estudio colaborativo dirigido por el profesor asociado Toru Hirahara de Tokyo Tech, Japón. Fabricaron estructuras topológicas magnéticas depositando Mn y Te en Bi2Te3, un pozoaislante topológico estudiado. Los científicos teorizaron que las capas de Mn adicionales interactuarían más fuertemente con Bi2Te3 y que las propiedades magnéticas emergentes podrían atribuirse a cambios en la brecha de CC, como explica Hirahara: "Esperábamos que las fuertes interacciones magnéticas entre capas condujeran a una situacióndonde la correspondencia entre las propiedades magnéticas y la brecha de CC fue clara en comparación con estudios anteriores ".
Al examinar las estructuras de bandas electrónicas y las características de fotoemisión de las muestras, demostraron cómo la brecha de CC se cierra progresivamente a medida que aumenta la temperatura. Además, analizaron la estructura atómica de sus muestras y encontraron dos configuraciones posibles, MnBi 2 Te 4 / Bi 2 Te 3 y Mn 4 Bi 2 Te 7 / Bi 2 Te 3 , el último de los cuales es responsable de la brecha de CC.
Sin embargo, un hallazgo peculiarmente desconcertante fue que la temperatura a la que se cierra la brecha de CC está muy por encima de la temperatura crítica TC, por encima de la cual los materiales pierden su orden magnético permanente. Esto está en marcado contraste con estudios previos que indicaban que la CCLa brecha aún puede abrirse a una temperatura superior a la TC del material sin cerrarse. En esta nota, Hirahara comenta: "Nuestros resultados muestran, por primera vez, que la pérdida del orden magnético de largo alcance por encima de la TC y la CCel cierre de brechas no está correlacionado. "
Aunque se necesitarán más esfuerzos para aclarar la relación entre la naturaleza de la brecha de CC y las propiedades magnéticas, este estudio es un paso en la dirección correcta. Con suerte, una comprensión más profunda de estos fenómenos cuánticos nos ayudará a aprovechar el poder de la tecnología topológicaaislantes para la electrónica de próxima generación y la computación cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :