Los aislantes topológicos son materiales innovadores que conducen la electricidad en la superficie, pero actúan como aislantes en el interior. Los físicos de la Universidad de Basilea y la Universidad Técnica de Estambul han comenzado a investigar cómo reaccionan a la fricción. Su experimento muestra que el calor generado por la fricción es significativamente menor que en los materiales convencionales. Esto se debe a un nuevo mecanismo cuántico, los investigadores informan en la revista científica Materiales de la naturaleza .

Gracias a sus propiedades eléctricas únicas, Los aisladores topológicos prometen muchas innovaciones en las industrias de la electrónica y la informática, así como en el desarrollo de computadoras cuánticas. La capa superficial delgada puede conducir electricidad casi sin resistencia, resultando en menos calor que los materiales tradicionales. Esto los hace de especial interés para los componentes electrónicos.

Es más, en aisladores topológicos, la fricción electrónica, es decir. la conversión de energía eléctrica en calor, mediada por electrones, puede reducirse y controlarse. Investigadores de la Universidad de Basilea, el Instituto Suizo de Nanociencia (SNI) y la Universidad Técnica de Estambul ahora han podido verificar experimentalmente y demostrar exactamente cómo se comporta la transición de la energía al calor a través de la fricción, un proceso conocido como disipación.

Midiendo la fricción con un péndulo

El equipo dirigido por el profesor Ernst Meyer en el Departamento de Física de la Universidad de Basilea investigó los efectos de la fricción en la superficie de un aislante topológico de telururo de bismuto. Los científicos utilizaron un microscopio de fuerza atómica en modo péndulo. Aquí, la punta del microscopio conductora hecha de oro oscila hacia adelante y hacia atrás justo por encima de la superficie bidimensional del aislante topológico. Cuando se aplica voltaje a la punta del microscopio, el movimiento del péndulo induce una pequeña corriente eléctrica en la superficie.

En materiales convencionales, parte de esta energía eléctrica se convierte en calor mediante la fricción. El resultado en la superficie conductora del aislante topológico se ve muy diferente:la pérdida de energía a través de la conversión en calor se reduce significativamente.

"Nuestras mediciones muestran claramente que a ciertos voltajes prácticamente no hay generación de calor causada por la fricción electrónica, "explica el Dr. Dilek Yildiz, quien realizó este trabajo dentro del SNI Ph.D. Colegio.

Un mecanismo novedoso

Los investigadores también pudieron observar por primera vez un nuevo mecanismo de disipación mecánico-cuántico que ocurre solo a ciertos voltajes. Bajo estas condiciones, los electrones migran desde la punta a través de un estado intermedio hacia el material, similar al efecto de efecto túnel en los microscopios de efecto túnel de barrido. Regulando el voltaje, los científicos pudieron influir en la disipación. "Estas mediciones confirman el gran potencial de los aislantes topológicos, Dado que la fricción electrónica se puede controlar de manera específica, "agrega Meyer.