Una clase de materiales que ha atraído especial atención son los aisladores Hall anómalos cuánticos. Estos materiales tienen propiedades interesantes que les permiten conducir electricidad de manera altamente controlada y eficiente, aprovechando los efectos de la mecánica cuántica y el magnetismo.

Investigadores de la Universidad de Fudan en China han estado tratando recientemente de identificar nuevos y prometedores aisladores de Hall cuánticos anómalos. Su último artículo, publicado en Physical Review Letters , describe las características únicas de la monocapa V₂ MX₄ , que podría pertenecer a una nueva familia de aisladores Hall anómalos cuánticos.

"Encontrar materiales Hall anómalos cuánticos intrínsecos es un objetivo importante en la investigación de materiales topológicos", dijo a Phys.org Jing Wang, coautor del artículo. "Después de que predijimos MnBi₂ Te₄ , un ejemplo paradigmático de aislante topológico magnético que muestra un efecto Hall anómalo cuántico en una capa impar, hemos estado pensando en encontrar un nuevo aislante Hall anómalo cuántico intrínseco con un gran espacio."

Los materiales aislantes de Hall anómalos cuánticos de gran espacio exhiben un efecto Hall anómalo cuántico con un espacio de energía relativamente grande entre la banda de valencia y de conducción. Estos materiales deberían exhibir una sinergia entre dos propiedades aparentemente conflictivas, a saber, el acoplamiento de órbita de espín y el ferromagnetismo.

"La clave está en los orbitales d, en los que coexisten tanto la topología como el magnetismo", dijo Wang. "En nuestros trabajos anteriores, presentamos inicialmente ATiX, una clase de materiales Hall cuánticos anómalos caracterizados por el grupo espacial P4/nmm", dijo Wang. "El análisis de simetría en P4/nmm finalmente nos llevó a identificar V₂ MX₄ materiales del grupo espacial P-42m."

V₂ MX₄ , la nueva familia de materiales identificada por Wang y sus colaboradores podría sintetizarse mediante procesos que se han empleado ampliamente para sintetizar compuestos con estructuras similares, como el Cu₂. MX₄ y Ag₂ MX₄ . Esta nueva familia de materiales incluye un total de 10 materiales con bandas prohibidas topológicas no triviales y propiedades similares, seis de los cuales han demostrado teóricamente que exhiben estabilidad tanto dinámica como termodinámica.

"La abundancia de candidatos subraya la universalidad de esta estructura, mejorando las perspectivas de síntesis", explicó Wang. "En términos de rendimiento, creemos que una descripción adecuada de V₂ MX₄ La familia es "simple pero poderosa". La sencilla regla de Hund proporciona temperaturas de Curie altas (que oscilan entre 200 y 500 K). La inversión de banda en el punto Gamma produce una gran banda prohibida topológica no trivial (que oscila entre 100 y 300 meV)".

Los cálculos numéricos y las simulaciones realizadas por Wang y sus colegas sugieren que V₂ MX₄ Los materiales tienen ricas propiedades topológicas. Son aisladores de Hall anómalos cuánticos en su capa impar, aisladores de axiones en su capa par, aisladores topológicos antiferromagnéticos en su estado fundamental 3D y aisladores de Hall anómalos cuánticos 3D en su estado ferromagnético de 3D.

Los investigadores ahora han comenzado a colaborar con un equipo de físicos experimentales para sintetizar V₂ MX₄ en entornos de laboratorio. Su trabajo podría allanar el camino hacia la identificación de otros aisladores Hall anómalos cuánticos prometedores, lo que podría tener implicaciones interesantes para la investigación en física cuántica y el desarrollo de tecnología cuántica.

"V₂ MX₄ "Se destaca como uno de los candidatos más competitivos para un aislante Hall anómalo cuántico de alta temperatura con grandes espacios", añadió Wang. "Si se realiza experimentalmente, podría promover en gran medida la investigación y la aplicación de la física cuántica topológica. Un objetivo importante para nuestra próxima investigación será encontrar nuevos materiales aislantes topológicos intrínsecos y, al mismo tiempo, colaboraremos con grupos experimentales para fabricar V₂. MX₄ ."