Una nueva técnica permite obtener una huella digital individual de los estados del borde portador de corriente que se producen en materiales novedosos como aislantes topológicos o materiales 2-D. Físicos de la Universidad de Basilea presentan el nuevo método junto con científicos estadounidenses en Comunicaciones de la naturaleza .

Si bien los aisladores no conducen corrientes eléctricas, algunos materiales especiales exhiben propiedades eléctricas peculiares. Aunque no conduzca a través de su masa, sus superficies y bordes pueden soportar corrientes eléctricas debido a los efectos de la mecánica cuántica, y hacerlo incluso sin causar pérdidas. Estos aislantes topológicos han despertado un gran interés en los últimos años debido a sus notables propiedades. En particular, sus estados de borde robustos son muy prometedores, ya que podrían conducir a grandes avances tecnológicos.

También aparecen efectos similares a los estados de borde de tales aislantes topológicos cuando un metal bidimensional se expone a un fuerte campo magnético a bajas temperaturas. Cuando se realiza el llamado efecto Hall cuántico, se cree que la corriente fluye solo en los bordes, donde se forman varios canales conductores.

Comprobación de estados de borde individuales

Hasta ahora, no fue posible abordar los numerosos estados portadores de corriente individualmente o determinar sus posiciones por separado. La nueva técnica ahora permite obtener una huella digital exacta de los estados del borde portador de corriente con una resolución nanométrica. Así lo informan investigadores del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea en colaboración con colegas de la Universidad de California. Los Angeles, así como de Harvard y la Universidad de Princeton, ESTADOS UNIDOS.

Para medir la huella dactilar de los estados del borde conductor, los físicos dirigidos por el profesor Dominik Zumbühl han desarrollado aún más una técnica basada en la espectroscopia de tunelización. Han utilizado un nanoalambre de arseniuro de galio ubicado en el borde de la muestra que corre en paralelo a los estados del borde bajo investigación. En esta configuración, los electrones pueden saltar (hacer un túnel) hacia adelante y hacia atrás entre un estado de borde específico y el nanoalambre siempre que las energías en ambos sistemas coincidan. Usando un campo magnético adicional, los científicos controlan el impulso de los electrones tunelizados y pueden abordar estados de borde individuales. De las corrientes de túnel medidas, la posición y evolución de cada estado de borde puede obtenerse con precisión nanométrica.

Seguimiento de la evolución

Esta nueva técnica es muy versátil y también se puede utilizar para estudiar sistemas en evolución dinámica. Al aumentar el campo magnético, se reduce el número de estados de borde, y se modifica su distribución. Por primera vez, los científicos pudieron observar la evolución completa del estado del borde a partir de su formación en campos magnéticos muy bajos.

Con campo magnético creciente, los estados de borde se comprimen primero hacia el límite de la muestra hasta que, finalmente, se mueven hacia el interior de la muestra y luego desaparecen por completo. Los modelos analíticos y numéricos desarrollados por el equipo de investigación concuerdan muy bien con los datos experimentales.

"Esta nueva técnica no solo es muy útil para estudiar los estados del borde de Hall cuántico, "Dominik Zumbühl comenta los resultados de la colaboración internacional." También podría emplearse para investigar nuevos materiales exóticos como aislantes topológicos, grafeno u otros materiales 2-D ".