Los materiales topológicos que poseen ciertas simetrías a nivel atómico, incluidos los aisladores topológicos y los semimetales topológicos, han despertado la fascinación de muchos científicos de la materia condensada debido a sus complejas propiedades electrónicas. Ahora, investigadores en Japón han demostrado que un semiconductor normal puede transformarse en un semimetal topológico mediante irradiación de luz. Además, mostraron cómo podrían aparecer respuestas dependientes del espín cuando se iluminan con luz láser polarizada circularmente. Publicado en Physical Review B , este trabajo explora la posibilidad de crear semimetales topológicos y manifestar nuevas propiedades físicas mediante el control de la luz, lo que puede abrir una rica frontera física para las propiedades topológicas.

La mayoría de las sustancias comunes son conductores eléctricos, como los metales, o aislantes, como el plástico. Por el contrario, los aisladores topológicos pueden exhibir un comportamiento inusual en el que las corrientes eléctricas fluyen a lo largo de la superficie de la muestra, pero no dentro del interior. Este comportamiento característico está fuertemente relacionado con las propiedades topológicas inherentes al estado electrónico. Además, una fase novedosa llamada semimetal topológico proporciona un nuevo campo de juego para explorar el papel de la topología en la materia condensada. Sin embargo, aún se está reflexionando sobre la física subyacente de estos sistemas.

Investigadores de la Universidad de Tsukuba estudiaron la dinámica de excitaciones en arseniuro de zinc (Zn₃ Como₂ ) cuando se irradia con un láser con polarización circular. El arseniuro de zinc normalmente se considera un semiconductor de brecha estrecha, lo que significa que los electrones no son libres de moverse por sí solos, pero pueden ser propulsados ​​fácilmente por la energía de una fuente de luz externa. En las condiciones adecuadas, el material puede mostrar un estado topológico especial llamado "semimetal Floquet-Weyl", que es un semimetal topológico acoplado con la luz. En este caso, la corriente eléctrica puede transportarse en forma de cuasipartículas llamadas fermiones de Weyl. Debido a que estas cuasipartículas viajan como si tuvieran masa cero y se resisten a dispersarse, los fermiones de Weyl pueden moverse fácilmente a través del material.

"Los semimetales Floquet-Weyl exhiben un puñado de propiedades raras que se pueden utilizar en dispositivos electrónicos, incluida la alta movilidad, la resistencia magnética titánica y las corrientes polarizadas por espín", dice el autor, el profesor Ken-ichi Hino. En el trabajo actual, los investigadores demostraron que cuando un láser de onda continua polarizado circularmente para zurdos se sintoniza con una frecuencia que casi coincide con la brecha de energía en el material, los electrones de giro hacia abajo y los de giro hacia arriba forman diferentes fases, un Semimetal de Weyl y aislador de espacio angosto. Este último está en la vecindad de otro semimetal topológico llamado semimetal de línea nodal.

"Nuestra exploración de la dinámica transitoria de las excitaciones en el arseniuro de zinc puede profundizar la comprensión de la física subyacente de estos materiales", dice el autor principal Runnan Zhang. Esta investigación básica también puede ayudar a acelerar el desarrollo de técnicas para la magnetización superficial inducida por luz de materiales no magnéticos. + Explora más

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