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    Un nuevo régimen para analizar las propiedades de los materiales topológicos.

    Un par de nuevos estudios demuestran que dos aleaciones metálicas pueden convertir la luz en corriente eléctrica de manera eficiente gracias a su topología. Esta investigación fundamental podría proporcionar un nuevo enfoque para desarrollar dispositivos como fotodetectores y células solares en el futuro. Crédito:Universidad de Pensilvania

    Dos estudios recientes demuestran que existe un origen topológico de la capacidad de dos aleaciones metálicas relacionadas para convertir la luz en corriente eléctrica. Nueva investigación fundamental sobre el monosilicida de rodio (RhSi), publicado en NPJ Quantum Materials, y sobre monosilicida de cobalto (CoSi), publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría proporcionar un nuevo enfoque para desarrollar dispositivos como fotodetectores y células solares.

    Ambos estudios fueron dirigidos por el profesor asistente Liang Wu e involucraron colaboradores de la Universidad de Friburgo, Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas, Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos, Centro Internacional de Física de Donostia, Universidad de Maryland, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, y Universidad de Grenoble.

    Wu y su laboratorio están trabajando en varios proyectos que involucran materiales topológicos, cuyas teorías subyacentes fueron pioneras en Charlie Kane y Eugene Mele, ganadores del Premio Breakthrough 2019 en Física Fundamental. El objetivo de Wu y otros investigadores en este campo es utilizar estas teorías para estudiar y desarrollar materiales topológicos para nuevas aplicaciones y dispositivos.

    Los hallazgos más recientes del grupo se centran en formas de convertir la luz en corriente eléctrica a través de una mejor comprensión de la relación entre la fotocorriente y la topología. Si bien se habían realizado experimentos con CoSi y RhSi antes, lo que ayudó al equipo a obtener nuevos conocimientos fue el uso de espectroscopía de emisión de terahercios. Esto implica pulsos de luz submilimétricos brillantes para estudiar la respuesta de un material dentro del régimen del infrarrojo medio.

    "Porque entramos en este régimen, pudimos demostrar que el efecto fotogalvánico en CoSi era topológico, "dice Wu." Al hacer un análisis cuidadoso, podemos medir la respuesta de la foto que una teoría puede calcular, para que podamos comparar la magnitud de la respuesta entre el experimento y la teoría, y eso no se hizo en el pasado ".

    Los investigadores encontraron que las fotocorriente de CoSi y RhSi eran de origen puramente topológico, aunque en RhSi esta respuesta fue menos pronunciada. La conclusión en RhSi se aplica a una energía de fotones mucho más baja de lo que predijeron las teorías anteriores, lo que podría deberse a la presencia de más defectos en este compuesto.

    "Se prevé que estos materiales tengan una estructura topológica particular en su estructura de bandas, pero realmente el grial aquí es tratar de asociar eso con algún observable experimental, "dice Mele, un coautor en el Comunicaciones de la naturaleza papel. "En los primeros años de este campo, hubo intentos de hacer esto, y creo que el trabajo de Liang es realmente el trabajo más cuidadoso que establece exactamente qué es lo que necesitas para ver ese fenómeno ".

    Además de su origen topológico, Lo que también fue interesante para Wu fue cuán alta era la fotocorriente de CoSi en el régimen del infrarrojo medio más alta que lo que se había observado anteriormente en otros tipos de materiales con estructuras quirales. Esto es algo que podría permitir nuevos enfoques para la fabricación de dispositivos, como detectores de fotos, que puede funcionar en este régimen.

    "Este estudio permitirá potencialmente nuevos conceptos de dispositivos electrónicos basados ​​en estos materiales topológicos emergentes que consumen menos energía, son más eficientes energéticamente, y, en última instancia, conducir a nuevos sistemas electrónicos con un tamaño mejorado, peso, y poder para el ejército de los Estados Unidos, "dice Joe Qiu, gerente de programa en la Oficina de Investigación del Ejército, que financió esta investigación.

    A través de sus últimos hallazgos, Wu y su equipo ahora cuentan con los procedimientos experimentales y los métodos analíticos para estudiar otros tipos de materiales y fenómenos que podrían ser relevantes para las aplicaciones de ingeniería y ciencia de materiales. "Y para materiales con menos desorden, también puede tener alguna aplicación en, por ejemplo, células solares, "dice el estudiante de posgrado Zhuoliang Ni, co-primer autor de ambos estudios, sobre cómo estos resultados podrían ayudar a los investigadores a encontrar formas de mejorar la fotoconductividad de un material existente.

    Al usar una combinación de experimento y teoría, Estos resultados también tienen implicaciones adicionales para mejorar los materiales topológicos para un uso más generalizado en el futuro. "Esta es una demostración experimental que la gente está tratando de asociar con un carácter topológico que bien podría estar en las propiedades observadas si podemos mejorar un poco los materiales". y creo que eso se está haciendo aquí por primera vez, "dice Mele." Ahora mismo, los materiales no están del todo ahí, pero parece que podrían serlo. Y esa es una idea bastante sorprendente ".


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