El 'efecto magnetoeléctrico cuantificado' se ha demostrado por primera vez en aisladores topológicos en TU Wien, que está configurado para abrir métodos de medición nuevos y altamente precisos.

Una onda de luz enviada a través del espacio vacío siempre oscila en la misma dirección. Sin embargo, Se pueden usar ciertos materiales para rotar la dirección en la que la luz oscila cuando se coloca en un campo magnético. Esto se conoce como efecto "magnetoóptico".

Después de mucha especulación durante un largo período de tiempo, Una variante de este tipo de efecto se ha demostrado por primera vez en TU Wien. En lugar de cambiar la dirección de la onda de luz continuamente, los materiales especiales llamados 'aislantes topológicos' lo hacen en pasos cuánticos en porciones claramente definidas. El alcance de estos pasos cuánticos depende únicamente de parámetros físicos fundamentales, como la constante de estructura fina. Es posible que pronto sea posible medir esta constante con mayor precisión utilizando técnicas ópticas de lo que es posible actualmente mediante otros métodos. Los últimos hallazgos ahora se han revelado en la revista de acceso abierto. Comunicaciones de la naturaleza .

Aisladores topológicos

"Hemos estado trabajando en materiales que pueden cambiar la dirección de oscilación de la luz desde hace algún tiempo, "explica el profesor Andrei Pimenov del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien. Como regla general, el efecto depende del grosor del material:cuanto mayor es la distancia que debe recorrer la luz en el material, cuanto mayor sea el ángulo de rotación. Sin embargo, este no es el caso de los materiales que el equipo de Pimenov ha investigado ahora más de cerca con la ayuda de un grupo de investigación de Würzburg. Se han centrado en los 'aislantes topológicos', para lo cual el parámetro crucial es la superficie más que el espesor.

Aisladores en el interior, Por lo general, la electricidad se puede conducir de manera muy eficaz a lo largo de la superficie de un aislante topológico. "Incluso cuando se envía radiación a través de un aislante topológico, la superficie es lo que marca la diferencia, "dice Pimenov. Cuando la luz se propaga en este material, la dirección de oscilación del haz es girada por la superficie del material dos veces:una cuando entra y otra cuando sale.

Lo más notable aquí es que esta rotación tiene lugar en porciones particulares, en pasos cuánticos, en lugar de ser continuo. El intervalo entre estos puntos no está determinado por la geometría o por las propiedades del material y, en cambio, está definido solo por constantes naturales fundamentales. Por ejemplo, se pueden especificar sobre la base de la constante de estructura fina, que se utiliza para describir la fuerza de la interacción electromagnética. Esto podría abrir la posibilidad de medir constantes naturales con más precisión de lo que ha sido anteriormente e incluso puede conducir a la identificación de nuevas técnicas de medición.

Mayor precisión de medición con materiales especiales

La situación es similar para el efecto Hall cuántico, que es otro fenómeno cuántico observado en ciertos materiales, en cuyo caso una variable particular (en este caso la resistencia eléctrica) sólo puede aumentar en ciertas cantidades. El efecto Hall cuántico se utiliza actualmente para mediciones de alta precisión, con la definición estándar oficial de resistencia eléctrica basada en ella. En 1985, el Premio Nobel de Física fue otorgado por el descubrimiento del efecto Hall cuántico.

Los materiales topológicos también han sido objeto de un premio Nobel, esta vez en 2016. Se espera que estos últimos resultados también permitan que materiales con características topológicas especiales (en este caso aislantes topológicos) se utilicen para técnicas específicas aplicaciones.