Físicos experimentales y teóricos del Instituto de Aisladores Topológicos de Würzburg han observado un efecto Hall cuántico reentrante en un dispositivo de telururo de mercurio y lo han identificado como una firma de anomalía de paridad.
Los aislantes topológicos son materiales que pueden conducir electricidad, pero sólo en su superficie o en sus bordes. No fluye corriente dentro de ellos. Son objeto de intensas investigaciones en todo el mundo porque tienen propiedades electrónicas únicas que podrían mejorar la eficiencia de las computadoras cuánticas, por ejemplo, y usarse para otras tecnologías como el cifrado y la transmisión segura de datos.
Investigadores del Instituto de Aisladores Topológicos y del Instituto de Física Teórica y Astronomía de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) presentan ahora un efecto Hall cuántico inusual que se observó en un dispositivo microscópico hecho del material aislante topológico telururo de mercurio (HgTe). . Sus hallazgos se publican en la revista Advanced Science. .
En el dispositivo de telururo de mercurio, los electrones en las superficies superior e inferior se comportan como partículas relativistas de Dirac. Como se predijo, pero no fue verificado experimentalmente por la física de partículas, las partículas de Dirac deberían estar sujetas a la llamada anomalía de paridad. En experimentos de estado sólido, la anomalía de paridad conduce a un efecto llamado asimetría espectral, que puede medirse como un cambio inusual en la resistencia eléctrica.
"Se predice que la anomalía de la paridad ocurrirá en materiales de estado sólido desde la década de 1980. Una propuesta teórica famosa es el modelo propuesto por Haldane (Premio Nobel de Física en 2016). Hemos identificado otra consecuencia de la anomalía de la paridad, que es la primera uno que debe ser verificado experimentalmente", dice la profesora Ewelina Hankiewicz.
Los físicos de JMU han realizado esta física bidimensional de Dirac en una única superficie del aislante topológico tridimensional. "Observamos un efecto Hall cuántico reentrante no convencional que puede estar directamente relacionado con la aparición de asimetría espectral en un único estado de superficie topológico. El efecto es genérico para cualquier aislante topológico, no específico solo del telururo de mercurio. La universalidad del resultado Eso es lo que lo hace tan emocionante", afirma el Dr. Wouter Beugeling.
Fue necesario superar dos desafíos para realizar estos nuevos hallazgos. En primer lugar, había que identificar la firma de la asimetría espectral entre otras características de la resistencia eléctrica medida. En segundo lugar, el dispositivo debía controlarse de tal manera que los efectos de las dos superficies no se cancelaran entre sí.
"Esta observación muestra que el alto nivel de control que tenemos en este dispositivo nos permite explorar muchos más aspectos interesantes de la física topológica de aislantes que antes", afirma el profesor Laurens Molenkamp.
Un factor clave para lograr la precisión experimental requerida para esta observación fue la alta calidad del material HgTe, que se produjo en la instalación de epitaxia de haces moleculares del Instituto de Física de Würzburg. La epitaxia de haz molecular (MBE) es una técnica para producir capas finas de material con propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas personalizadas. Con MBE, las estructuras de capas se pueden construir con precisión átomo capa por capa de átomo.
Más información: Li‐Xian Wang et al, La asimetría espectral induce un efecto Hall cuántico reentrante en un aislante topológico, Ciencia avanzada (2024). DOI:10.1002/adv.202307447
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por Julius-Maximilians-Universität Würzburg
