Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de los EE. UU. Han descubierto que la aplicación del movimiento vibratorio de manera periódica puede ser la clave para prevenir la disipación de los estados electrónicos deseados que harían posible la computación cuántica avanzada y la espintrónica.

Algunos materiales topológicos son aislantes en su forma masiva, pero poseen un comportamiento conductor de electrones en sus superficies. Si bien las diferencias en el comportamiento de estos electrones de superficie es lo que hace que estos materiales sean tan prometedores para aplicaciones tecnológicas, También presenta un desafío:las interacciones incontroladas entre los electrones de superficie y los estados del material a granel pueden hacer que los electrones se dispersen fuera de orden, conduciendo a la llamada "ruptura topológica". No están protegidos por ninguna simetría "espontánea".

"Los aislantes topológicos que pueden sostener una corriente de bloqueo de giro persistente en sus superficies que no decae se denominan 'protegidos por simetría, 'y ese estado es convincente para múltiples conceptos de dispositivos revolucionarios en computación cuántica y espintrónica, "dijo Jigang Wang, Físico del Laboratorio Ames y profesor de la Universidad Estatal de Iowa. "Pero el colapso topológico debido al acoplamiento superficie-volumen es un problema científico y de ingeniería de larga data".

Wang y sus compañeros investigadores adoptaron un enfoque paradójico, llamada estabilización dinámica, aplicando un campo eléctrico de terahercios para impulsar vibraciones atómicas periódicas, es decir., coherencia vibratoria, en el modelo de aislante topológico bismuto-selenio Bi ₂ Se ₃ . Estas "fluctuaciones" adicionales en realidad mejoraron los estados topológicos protegidos, haciendo que las excitaciones electrónicas duren más.

Una analogía de tal estabilización dinámica es el péndulo de Kapitza impulsado periódicamente, conocido por el premio Nobel Peter Kapitza, donde una invertida, aún estable, La orientación se logra imponiendo una vibración de frecuencia suficientemente alta de su punto de pivote. De forma similar, Se puede lograr una estabilización dinámica adicional impulsando movimientos periódicos cuánticos de la red.

"Demostramos la estabilización dinámica en materia topológica como una nueva perilla de sintonización universal, que se puede utilizar para reforzar el transporte cuántico protegido, "dijo Wang, que cree que el descubrimiento tiene consecuencias de gran alcance para el uso de estos materiales en muchas disciplinas científicas y tecnológicas, tales como aplicaciones de comunicaciones e información cuántica tolerantes al desorden y basadas en espines, electrónica cuántica de ondas luminosas.

La investigación se analiza con más detalle en un documento, "Control de luz del acoplamiento superficie-volumen por coherencia vibratoria de terahercios en un aislante topológico, "escrito por X. Yang, L. Luo., C. Vaswani, X. Zhao, D. Cheng, Z. Liu, R. H. J. Kim, X. Liu, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, I. E. Perakis, C-Z Wang, K-M Ho y J. Wang; y publicado en Materiales cuánticos npj .