Físicos de Jyväskylä y la Universidad Aalto en Finlandia han creado con éxito un aislante de cristal topológico bidimensional, lo que marca la primera realización experimental de un material cuántico que los científicos habían predicho durante más de una década. Hasta ahora, los esfuerzos para fabricarlo se han visto frenados por dificultades para fabricar los materiales adecuados.
El avance fue dirigido por el profesor asociado Kjellbeik Shaulianu, en colaboración con investigadores de la Universidad Aalto, incluidos el profesor Peter Lilgeroth y el profesor José Lado. El equipo creó el material haciendo crecer una película atómicamente delgada que consta de sólo dos capas de telururo de estaño (SnTe) sobre un diseleniuro de niobio (NbSe).2) sustrato.
Los cristales atómicamente delgados revelan estados cuánticos únicos
Para examinar las propiedades del material, los investigadores utilizaron epitaxia de haz molecular con microscopía de efecto túnel de baja temperatura, lo que les permitió investigar su comportamiento electrónico con precisión a nivel atómico.
Sus mediciones revelaron pares de estados de borde conductores, una característica definitoria de los aislantes cristalinos topológicos. Estos caminos especiales permiten que los electrones viajen a lo largo de los bordes del material y están protegidos por la simetría de la red cristalina.
La tensión controla las propiedades cuánticas del material.
Los estados de borde conductor aparecen dentro de una gran banda prohibida electrónica de más de 0,2 electronvoltios (eV). El equipo descubrió que la película de telururo de estaño es comprimida por la capa subyacente, creando una tensión que es esencial para estabilizar el estado topológico del material.
Aún más importante, los investigadores demostraron que estos estados de los bordes se pueden ajustar cambiando la tensión, ofreciendo una forma práctica de ajustar el comportamiento electrónico del material para tecnologías futuras.
Potencial para la electrónica cuántica del futuro
Los primeros principios de los cálculos de la mecánica cuántica confirmaron que los estados de los bordes observados tienen un origen topológico. El equipo también examinó cómo interactúan los estados de los bordes vecinos y descubrió que sus niveles de energía cambian debido a una combinación de interacciones electrostáticas y túneles cuánticos.
Debido a que el material tiene una banda prohibida relativamente grande, se espera que sus propiedades topológicas permanezcan estables incluso a temperatura ambiente. Esto la convierte en una plataforma prometedora para explorar estados topológicos bidimensionales sintonizables por deformación y puede respaldar futuros avances en electrónica basada en espín y dispositivos a nanoescala.
Los resultados fueron publicados en la revista. comunicación de la naturaleza.
