El autor principal, el Dr. Semonti Bhattacharyya. Crédito:Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Monash
Una nueva revisión de Monash destaca la investigación reciente en heteroestructuras de aislantes topológicos y materiales magnéticos.
En tales heteroestructuras, la interesante interacción del magnetismo y la topología puede dar lugar a nuevos fenómenos como los aisladores de Hall anómalos cuánticos, aisladores axion y skyrmions. Todos estos son pilares prometedores para la futura electrónica de bajo consumo.
Siempre que se encuentren materiales candidatos adecuados, Existe la posibilidad de realizar estos estados exóticos a temperatura ambiente y sin ningún campo magnético, por lo tanto, ayudando a FLEET a buscar un futuro de bajo consumo energético, electrónica más allá de CMOS.
Encontrar la combinación adecuada de topología y magnetismo
"Nuestro objetivo era investigar nuevos métodos prometedores para lograr el efecto Hall cuántico, "dice el autor principal del nuevo estudio, Dr. Semonti Bhattacharyya en la Universidad de Monash.
El efecto Hall cuántico (QHE) es un fenómeno topológico que permite que los electrones de alta velocidad fluyan en el borde de un material, que es potencialmente útil para la electrónica y la espintrónica de baja energía del futuro.
"Sin embargo, Un cuello de botella severo para que esta tecnología sea útil es el hecho de que el efecto Hall cuántico siempre requiere campos magnéticos altos, que no son posibles sin un uso elevado de energía o sin refrigeración criogénica ".
"¡No tiene sentido desarrollar dispositivos electrónicos de 'baja energía' que consuman más energía para que funcionen!" dice el Dr. Bhattacharyya, que es investigador en FLEET, buscando nueva generación de electrónica de bajo consumo energético.
Sin embargo, un 'cóctel' de física topológica y magnetismo puede hacer posible lograr un efecto similar, el efecto Hall anómalo cuántico, donde aparecen estados de borde similares sin aplicar un campo magnético externo.
Se han seguido varias estrategias para inducir magnetismo en aislantes topológicos:
"En nuestra revisión, nos centramos en la investigación científica reciente sobre heteroestructuras en el tercer enfoque, "dice el coautor, el Dr. Golrokh Akhgar (FLEET / Monash). Es decir, una estructura única que incorpora capas de película delgada de aislantes topológicos y materiales magnéticos adyacentes entre sí, permitiendo que el aislante topológico tome prestadas propiedades magnéticas de su vecino.
Cuando las dos superficies de los aislantes topológicos se magnetizan en paralelo entre sí, una brecha de energía se abre en las superficies para hacerlas aislantes, pero los bordes soportan estados conductores sin resistencia que pueden funcionar como una autopista de electrones. Crédito:Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Monash
Este enfoque permite a los investigadores ajustar cada tipo de material, por ejemplo, aumentando la temperatura crítica del material magnético, y aumentando la banda prohibida, y disminuyendo los estados de defecto, en materiales topológicos.
"Creemos que este enfoque para inducir magnetismo en aisladores topológicos es el más prometedor para futuros avances, porque el magnetismo y la topología se pueden ajustar individualmente en dos materiales diferentes, optimizando así tanto a nuestro favor, "dice el coautor Matt Gebert (FLEET / Monash).
Otra característica importante de esta heteroestructura es que el magnetismo inducido solo depende de los momentos magnéticos del plano más cercano dentro del material magnético, por lo tanto, los materiales magnéticos no tienen que ser ferromagnetos:ferrimagnetos, o también se pueden utilizar antiferromagnetos. Esto aumenta el número de materiales magnéticos candidatos, permitiendo la elección de materiales con magnetismo a temperaturas más altas, para un funcionamiento más cercano a la temperatura ambiente.
"Este es un nuevo y apasionante campo de investigación, "dice el autor correspondiente, el profesor Michael Fuhrer, también en la Universidad de Monash.
Efecto de intercambio:una de las vías para el ordenamiento magnético en los aislantes topológicos es un intercambio directo en el límite de los dos materiales. Crédito:Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Monash
"El progreso está ocurriendo extremadamente rápido, y sentimos que era hora de un artículo de revisión que resumiera los logros recientes, y esbozar una hoja de ruta futura de este campo, "dice el profesor Fuhrer, quien es director de FLEET.
Esta revisión proporciona toda la información necesaria para introducir nuevos investigadores en el campo. Explica las ideas conceptuales detrás de los mecanismos del efecto de proximidad magnética en aisladores topológicos, introduce los sistemas de materiales que se han explorado y los diversos fenómenos emergentes que se han detectado, y describe una hoja de ruta futura hacia el aumento de la temperatura y las aplicaciones innovadoras.
Extensión magnética:el estado de la superficie del aislante topológico se extiende al aislante ferromagnético vecino, interactuar con momentos magnéticos a través de una interacción de intercambio fuerte para producir una banda prohibida de intercambio más grande y un comportamiento aislante más fuerte. Crédito:Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Monash
"Esperamos que a otros les resulte una revisión oportuna que aclare los conceptos importantes del campo y las publicaciones recientes, "dice Semonti.
"Progresos recientes en el acoplamiento de proximidad del magnetismo a los aislantes topológicos" se publicó en Materiales avanzados en junio de 2021.
