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Una colaboración a través de tres nodos FLEET ha revisado las teorías fundamentales que sustentan el efecto Hall anómalo cuántico (QAHE).
QAHE es uno de los descubrimientos recientes más fascinantes e importantes de la física de la materia condensada.
Es clave para la función de los materiales cuánticos emergentes, que ofrecen potencial para la electrónica de energía ultrabaja.
QAHE provoca el flujo de corriente eléctrica de resistencia cero a lo largo de los bordes de un material.
QAHE en materiales topológicos:clave para la electrónica de bajo consumo
Aisladores topológicos, reconocido por el Premio Nobel de Física en 2016, se basan en un efecto cuántico conocido como efecto Hall anómalo cuántico (QAHE).
"Los aisladores topológicos conducen electricidad solo a lo largo de sus bordes, donde las rutas de borde unidireccionales conducen electrones sin la dispersión que causa disipación y calor en materiales convencionales, "explica el autor principal Muhammad Nadeem.
QAHE fue propuesto por primera vez por el profesor Duncan Haldane (Manchester), ganador del Nobel de 2016, en la década de 1980, pero posteriormente resultó un desafío realizar QAHE en materiales reales. Los aisladores topológicos dopados magnéticamente y los semiconductores sin separación de espín son los dos mejores candidatos para QAHE.
El efecto Hall cuántico (QHE) es una versión mecánica cuántica del efecto Hall, en el que se crea una pequeña diferencia de voltaje perpendicular a un flujo de corriente mediante un campo magnético aplicado.
El efecto Hall cuántico se observa en sistemas 2-D a bajas temperaturas dentro de campos magnéticos muy fuertes, en el que la resistencia de Hall sufre transiciones cuánticas, es decir, varía en pasos discretos en lugar de suavemente.
QAHE describe una cuantificación inesperada de la resistencia de Hall transversal, acompañado de una caída considerable de la resistencia longitudinal.
QAHE se conoce como anómalo porque ocurre en ausencia de cualquier campo magnético aplicado, con la fuerza impulsora en cambio proporcionada por un acoplamiento de órbita de espín o magnetización intrínseca.
Los investigadores buscan mejorar estos dos factores impulsores para fortalecer QAHE, permitiendo la electrónica topológica que sería viable para el funcionamiento a temperatura ambiente.
Es un área de gran interés para los tecnólogos, ", explica Xiaolin Wang." Están interesados en utilizar esta reducción significativa en la resistencia para reducir significativamente el consumo de energía en los dispositivos electrónicos ".
"Esperamos que este estudio arroje luz sobre las perspectivas teóricas fundamentales de los materiales de Hall anómalos cuánticos, "dice el coautor, el profesor Michael Fuhrer (Universidad de Monash), quien es Director de FLEET.
El estudio
El colaborativo, El estudio teórico se concentra en estos dos mecanismos:
Se revisaron cuatro modelos que podrían potenciar estos dos efectos, y así mejorar QAHE, permitiendo que los aislantes topológicos y los materiales de espacio cero completamente polarizados (semiconductores sin espacio de giro) funcionen a temperaturas más altas.
"Entre los diversos materiales candidatos para QAHE, Los semiconductores spin-gapless podrían ser de interés potencial para futuras aplicaciones de electrónica topológica / espintrónica, "explica Muhammad Nadeem.
Efecto Hall cuántico anómalo en aislantes topológicos dopados magnéticamente y semiconductores ferromagnéticos sin huecos:se publicó una revisión en perspectiva en la revista Pequeña en septiembre de 2020.
