Un equipo internacional en BESSY II encabezado por el profesor Oliver Rader ha demostrado que las desconcertantes propiedades del hexaboruro de samario no se derivan de que el material sea un aislante topológico, como se propuso anteriormente. El trabajo experimental inicial y teórico había indicado que este material, que se convierte en aislante Kondo a muy bajas temperaturas, también poseía las propiedades de un aislante topológico. El equipo ha publicado ahora una explicación alternativa convincente en Comunicaciones de la naturaleza .

El hexaboruro de samario es un sólido oscuro con propiedades metálicas a temperatura ambiente. Alberga Samario, un elemento con varios electrones confinados a orbitales f localizados en los que interactúan fuertemente entre sí. Cuanto menor sea la temperatura, cuanto más aparentes se vuelven estas interacciones. SmB6 se convierte en lo que se conoce como aislante Kondo, nombrado en honor a Jun Kondo, quien explicó por primera vez este efecto cuántico.

Hace unos 40 años, Los físicos observaron que SmB6 aún conservaba la conductividad remanente a temperaturas por debajo de 4 kelvin, cuya causa no había quedado clara hasta el día de hoy. Después del descubrimiento de la clase de materiales aislantes topológicos hace unos 12 años, Las hipótesis se hicieron cada vez más insistentes en que SmB6 podría ser un aislante topológico además de aislante de Kondo, lo que podría explicar la anomalía de conductividad a un nivel muy fundamental, ya que esto provoca estados conductivos particulares en la superficie. Los experimentos iniciales en realidad apuntaban hacia esto.

Ahora, un equipo internacional encabezado por el profesor Oliver Rader ha investigado muestras especialmente buenas de SmB6 en BESSY II. Las muestras, cultivado por socios colaboradores en Ucrania, se escindieron a lo largo de planos cristalinos específicos y se estudiaron con la ayuda de ARPES 13, el exclusivo aparato de alta resolución para la espectroscopia de fotoemisión de resolución angular en BESSY II. Los físicos pudieron alcanzar las temperaturas necesarias por debajo de 1 kelvin y medir con bastante precisión los niveles de energía de las bandas de electrones con respecto a la geometría del cristal.

Primer análisis:sin aislante topológico

Sus mediciones confirmaron el resultado de que los electrones en la superficie son móviles, pero los investigadores encontraron evidencia de que el número par de transiciones de banda observadas es irreconciliable con los electrones que ocupan los estados topológicos de la superficie.

En los experimentos de seguimiento, los investigadores buscaron intensamente una explicación alternativa de la conductividad que se había demostrado en la superficie. "Pudimos demostrar que las brechas entre los niveles de energía permitidos de los electrones que se abrieron debido al efecto Kondo se desplazaron un poco en la superficie. Como resultado, la muestra permanece conductora solo allí. Esto claramente significa, sin embargo, que la notable conductividad superficial no está relacionada con la topología del sistema, "explica el Dr. Emile Rienks, quien llevó a cabo los experimentos con el estudiante de doctorado Peter Hlawenka (HZB y Universidad de Potsdam).

La investigación sobre aislantes topológicos y otros materiales que exhiben efectos cuánticos pronunciados podría conducir a nuevos componentes electrónicos para tecnologías de la información energéticamente eficientes. La información podría procesarse y almacenarse con un aporte mínimo de energía si podemos comprender mejor estos materiales y, por lo tanto, controlarlos.