Este nuevo efecto 3D puede ser la base de los fenómenos cuánticos topológicos, que se cree que son candidatos particularmente robustos y, por lo tanto, prometedores para tecnologías cuánticas extremadamente poderosas. Estos resultados se acaban de publicar en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .
El Dr. Tobias Meng y el Dr. Johannes Gooth son investigadores de carrera temprana en Würzburg-Dresdner Cluster of Excellence ct.qmat que investiga materiales cuánticos topológicos desde 2019. Apenas podían creer los hallazgos de una publicación reciente en "Nature" que afirma queLos electrones en la pentatelurida de circonio de metal topológico ZrTe5 se mueven solo en planos bidimensionales, a pesar de que el material es tridimensional. Por lo tanto, Meng y Gooth comenzaron sus propias investigaciones y experimentos con el material ZrTe5. Meng de la Technische Universität DresdenTUD desarrolló el modelo teórico, Gooth del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos diseñó los experimentos. Siete mediciones con diferentes técnicas siempre conducen a la misma conclusión.
Electrones esperando su turno
La investigación de Meng y Gooth pinta una nueva imagen de cómo funciona el efecto Hall en materiales tridimensionales. Los científicos creen que los electrones se mueven a través del metal a lo largo de trayectorias tridimensionales, pero su transporte eléctrico todavía puede parecer bidimensional.En el pentatelururo de circonio metálico topológico, esto es posible porque una fracción de los electrones todavía está esperando ser activada por un campo magnético externo.
"La forma en que se mueven los electrones es consistente en todas nuestras mediciones, y similar a lo que se conoce por los efectos Hall cuánticos bidimensionales. Pero nuestros electrones se mueven hacia arriba en espirales, en lugar de estar confinados a un movimiento circular en planos.Esta es una diferencia emocionante con el efecto Hall cuántico y con los escenarios propuestos para lo que sucede en el material ZrTe5 ", comenta Meng sobre la génesis de su nuevo modelo científico." Esto solo funciona porque no todos los electrones se mueven en todo momento. Algunos permanecen.todavía, como si estuvieran haciendo cola. Sólo cuando se aplica un campo magnético externo se activan ".
Los experimentos confirman el modelo
Para sus experimentos, los científicos enfriaron el material cuántico topológico hasta -271 grados Celsius y aplicaron un campo magnético externo. Luego, realizaron mediciones eléctricas y termoeléctricas enviando corrientes a través de la muestra, estudiaron su termodinámica analizando las propiedades magnéticas deel material y aplicaron ultrasonido. Incluso utilizaron rayos X, Raman y espectroscopía electrónica para observar el funcionamiento interno del material. "Pero ninguna de nuestras siete mediciones insinuaba que los electrones se movieran solo en dos dimensiones", explica Meng, directordel grupo Emmy Noether de Diseño Cuántico en TUD y teórico líder en el presente proyecto. "Nuestro modelo es de hecho sorprendentemente simple y aún explica perfectamente todos los datos experimentales".
Perspectiva para materiales cuánticos topológicos en 3D
El efecto Hall cuántico, ganador del premio Nobel, se descubrió en 1980 y describe la conducción gradual de la corriente en un metal. Es una piedra angular de la física topológica, un campo que ha experimentado un aumento repentino desde 2005 debido a sus promesas para lo funcional.materiales del siglo XXI. Sin embargo, hasta la fecha, el efecto Hall cuántico solo se ha observado en metales bidimensionales. Los resultados científicos de la presente publicación amplían la comprensión de cómo se comportan los materiales tridimensionales en los campos magnéticos. Los miembros del grupo Mengy Gooth tienen la intención de continuar con esta nueva dirección de investigación: "Definitivamente queremos investigar el comportamiento de las colas de electrones en metales 3D con más detalle", dice Meng.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresden . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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