Teléfonos inteligentes Los portátiles y otros dispositivos electrónicos de nuestra vida cotidiana se benefician enormemente de la miniaturización cada vez mayor de los dispositivos semiconductores. Sin embargo, este desarrollo tiene un precio:confinar los electrones mejora su dispersión:los teléfonos móviles se calientan.

Los aisladores topológicos prometen una tecnología más eficiente y sostenible. En desacuerdo con los semiconductores convencionales, la corriente fluye en sus límites, con la dispersión prohibida gracias a razones de simetría. En otras palabras, ¡las cosas se mantienen frescas! En 2007 Laurens Molenkamp, físico de la Universidad de Würzburg y miembro del Cluster of Excellence, descubrió el primer material cuántico topológico, generando una resonancia mundial en la comunidad científica.

Indenene:un panal oculto

En la búsqueda de nuevos materiales topológicos, la mayoría de los esfuerzos teóricos hasta ahora se han centrado en capas de átomos bidimensionales en una disposición de panal. La motivación proviene del grafeno, la "Drosophila" de los sistemas Hall de espín cuántico, o más simplemente, una sola capa del famoso grafito dentro de nuestros lápices clásicos de estilo antiguo. En cambio, el equipo de investigación de Würzburg siguió una ruta alternativa:los físicos teóricos de Giorgio Sangiovanni propusieron utilizar una red atómica triangular más simple.

Esta idea ha sido puesta en práctica por el equipo experimental de Ralph Claessen, portavoz de la sucursal de Würzburg de ct.qmat. Utilizando técnicas de haz molecular de última generación, los investigadores lograron depositar una sola capa de átomos de indio como una red triangular sobre un cristal de carburo de silicio como soporte, lo que resultó en indeno. Gracias a estas nuevas combinaciones de bloques de construcción y elementos químicos, los electrones relevantes no se localizan directamente en las posiciones del indio, sino que prefieren ocupar el espacio libre entre ellos. Desde la perspectiva de los electrones, su carga llena el "negativo" de la red triangular de indio, que en realidad es una red en forma de panal, escondida en los vacíos de la estructura atómica.

El jefe del proyecto, Giorgio Sangiovanni, explica esto a través de la naturaleza mecánica cuántica de las partículas:"Se pueden describir los electrones de indio como ondas que se acumulan en los vacíos de la red triangular donde a primera vista no se esperaría que estuvieran. Curiosamente, la conectividad de panal 'oculta' resultante conduce a un aislante topológico particularmente robusto, más que el grafeno ".

Materiales cuánticos topológicos con ventajas distintivas

El diseño de materiales únicos que ha llevado a la síntesis de indeno puede mejorar el estado tecnológico actual en el campo de la electrónica topológica:a diferencia del grafeno, El indeneno no necesita enfriarse a temperaturas ultrabajas para manifestar sus propiedades como aislante topológico. Esto es una consecuencia de la celosía triangular particularmente simple que permite grandes dominios estructurales, a menudo un cuello de botella severo en la síntesis de otros materiales topológicos.

"De hecho nos sorprendió, que una estructura atómica tan simple puede mostrar propiedades topológicas. Este es un activo esencial para el crecimiento exitoso de películas de indeneno perfectas que pueden cumplir con los exigentes estándares requeridos para la nanofabricación de dispositivos. Es más, el uso de carburo de silicio como sustrato de soporte nos permite conectarnos a la tecnología de semiconductores establecida, "dice Ralph Claessen, comentando el resultado científico.

panorama

La estructura simple del indeno representa al mismo tiempo un desafío:tan pronto como la capa única de átomos de indio entra en contacto con el aire, el material pierde sus propiedades especiales. Por esta razón, los investigadores están desarrollando actualmente una capa de recubrimiento atómico que puede proteger al indeneno de la contaminación no deseada durante su síntesis. Una solución a estos problemas allanará el camino hacia un uso a gran escala de estos materiales cuánticos topológicos.