Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio verifican experimentalmente la existencia de estados de conducción superficial exóticos en semimetales topológicos (TSM), materiales que se encuentran en el límite entre conductores y aislantes, realizando escaneos de voltaje de estos estados de superficie en una muestra de película delgada de un TSM. Los hallazgos pueden allanar el camino para el estudio y la explotación futuros de tales estados de conducción en la realización de nuevos, fenómenos de transporte cuántico.

Probablemente todos estemos familiarizados con la idea de conductores y aislantes. Pero, ¿cómo llamaría a un material que puede conducir en la superficie pero aislar en el interior? Los físicos lo llaman un 'aislante topológico' (TI), término que resalta el aspecto geométrico de su extraño comportamiento de conducción. Incluso más extraños que los TI son los "semimetales topológicos" (TSM), materiales extraños que se ubican a horcajadas en el límite entre los metales (conductores) y los aislantes.

Si bien los TI han encontrado aplicaciones prácticas gracias a sus propiedades inusuales, especialmente en dispositivos optoelectrónicos avanzados, Los TSM siguen siendo en gran parte una curiosidad entre los científicos de materiales. "En TI, los estados de conducción superficial se pueden aislar de los estados de aislamiento a granel, mientras que en los TSM típicos, como semimetales de Dirac y Weyl, los estados de volumen y superficie se tocan en puntos llamados 'nodos de Weyl, 'conduciendo a una interacción entre ellos, "explica el profesor asociado Masaki Uchida del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, cuya investigación se centra en materiales topológicos.

Según las predicciones teóricas, una consecuencia interesante de tal interacción es la formación de un par acoplado de "órbitas de Weyl" electrónicas bajo un campo magnético en superficies opuestas de un TSM que puede conducir a un novedoso transporte cuántico 2D. Sin embargo, la verificación experimental de las órbitas de Weyl tiene, hasta aquí, siguió siendo un desafío debido a la aparente falta de una firma única. Ahora, un nuevo estudio de un equipo de científicos de Japón, dirigido por el Dr. Uchida, podría cambiar todo eso.

Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el estudio se centra en la distribución espacial única de las órbitas de Weyl. Específicamente, Los científicos llevaron a cabo un mapeo de los estados de la órbita de Weyl "Quantum Hall" (QH) bajo la influencia de voltajes eléctricos aplicados en la superficie superior e inferior de una muestra de TSM que comprende una película de 75 nm de espesor de (Cd _1-x Zn _X ) ₃ Como ₂ . "La observación clave para distinguir la órbita de Weyl de una órbita tipo TI es la respuesta del transporte de superficie a los campos eléctricos aplicados en una configuración de dispositivo de doble puerta, "dice el Dr. Uchida.

Los científicos comenzaron por estudiar la dependencia del campo magnético de la resistencia de la película a voltajes de apertura cero a una temperatura de 3K (270 ° C) y se aseguraron de que la película fuera lo suficientemente gruesa como para permitir que se formaran las órbitas de Weyl. Inicialmente, el transporte a granel dominaba la conducción debido a una alta densidad de electrones. Sin embargo, a medida que los científicos agotaron los electrones aplicando voltajes de activación, el transporte de superficie y su evolución hacia estados QH se hicieron más prominentes.

Próximo, Los científicos estudiaron la influencia de los escaneos de voltaje de activación en estos estados QH en presencia de un fuerte campo magnético y observaron un patrón de rayas peculiar en los estados mapeados debido a una modulación en su densidad electrónica. sugiriendo la presencia de un par de órbitas Weyl acopladas.

El equipo de investigación está encantado con este hallazgo. Un emocionado Dr. Uchida concluye:"Nuestro trabajo que revela el papel de la distribución única de las órbitas de Weyl en el transporte cuántico puede abrir puertas para encontrar varios fenómenos exóticos de transporte de superficie en TSM y controlarlos a través de campos externos e ingeniería de interfaces".

La búsqueda de estos nuevos fenómenos cuánticos está en marcha, con nuevos y emocionantes descubrimientos a la vuelta de la esquina.