Nuevas investigaciones sobre las fases topológicas de la materia pueden impulsar avances en dispositivos cuánticos innovadores. Como se describe en un nuevo artículo publicado en la revista Nature Communications , un equipo de investigación que incluye científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos utilizó un novedoso enfoque de ingeniería de deformación para convertir el material pentatellururo de hafnio (HfTe5 ) a una fuerte fase aislante topológica, lo que aumenta su resistencia eléctrica en masa mientras la reduce en la superficie, una clave para desbloquear su potencial cuántico.
"Estoy entusiasmado de que nuestro equipo haya podido demostrar que los esquivos y muy buscados estados topológicos de la superficie pueden convertirse en una vía de conducción eléctrica predominante", dijo Michael Pettes, científico del Centro de Nanotecnologías Integradas (CINT). en el Laboratorio.
"Esto es prometedor para el desarrollo de tipos de dispositivos optoelectrónicos cuánticos, detectores de materia oscura y dispositivos topológicamente protegidos como los ordenadores cuánticos. Y la metodología que demostramos es compatible para la experimentación con otros materiales cuánticos".
En la Universidad de California, Irvine, los miembros del equipo de investigación cultivaron el HfTe5 cristales y empleó un enfoque de ingeniería de deformación (aplicando fuerza mecánica al material) a temperaturas criogénicas de 1,5 Kelvin, o aproximadamente -457 grados Fahrenheit.
En el laboratorio CINT de Pettes en Los Álamos, las muestras se sometieron a espectroscopía óptica para obtener imágenes de la muestra a un nivel submicrónico. Luego, los investigadores del CINT realizaron espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo en la Universidad de Tennessee, lo que ayudó a iluminar los efectos de la ingeniería de deformación.
El equipo de investigación se dio cuenta de que la ingeniería de deformación cambiaba el comportamiento del HfTe5 , convirtiéndolo de un aislante topológico débil a un aislante topológico fuerte. Es decir, la resistividad eléctrica del material, o resistencia a dejar pasar la corriente eléctrica, aumentó en más de tres órdenes de magnitud.
El material también vio cómo sus estados topológicos de superficie dominaban el transporte electrónico. Esas propiedades podrían hacer que HfTe5 Muy adecuado para dispositivos cuánticos. Los resultados prometedores también son un buen augurio para ampliar el enfoque de la ingeniería de deformaciones al estudio de las transiciones de fase topológicas en materiales y heteroestructuras de van der Waals, estructuras tipo celosía caracterizadas por un fuerte enlace en el plano y un enlace débil fuera del plano entre los átomos o moléculas, como las páginas de un libro.
Cuando se estudia con un campo magnético elevado, la propiedad topológica recién descubierta puede ayudar a descubrir fenómenos relacionados con la física exótica, como las anomalías cuánticas y la ruptura inexplicable de la simetría en la física. Se están llevando a cabo nuevos experimentos en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético de Los Álamos-Instalación de Campo Pulsado con el tema HfTe5 para tensarse bajo campos magnéticos ultra altos de hasta 65 Tesla.
Más información: Jinyu Liu et al, Transición de fase topológica controlada por tensión y transporte de estado de superficie dominante en HfTe5, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44547-7
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Los Álamos
