Físicos de Jyväskylä e da Universidade de Aalto, na Finlândia, criaram com sucesso um isolante de cristal topológico bidimensional, marcando a primeira realização experimental de um material quântico que os cientistas previam há mais de uma década. Até agora, os esforços para fabricá-lo foram travados pelas dificuldades em fabricar os materiais certos.
A descoberta foi liderada pelo Professor Associado Kjellbeik Shaulianu, em colaboração com pesquisadores da Universidade Aalto, incluindo o Professor Peter Lilgeroth e o Professor José Lado. A equipe criou o material cultivando um filme atomicamente fino que consiste em apenas duas camadas de telureto de estanho (SnTe) sobre um disseleneto de nióbio (NbSe).2) substrato.
Cristais atomicamente finos revelam estados quânticos únicos
Para examinar as propriedades do material, os pesquisadores usaram epitaxia de feixe molecular com microscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura, o que lhes permitiu investigar seu comportamento eletrônico com precisão de nível atômico.
Suas medições revelaram pares de estados de borda condutores, uma característica definidora dos isoladores cristalinos topológicos. Esses caminhos especiais permitem que os elétrons viajem ao longo das bordas do material e são protegidos pela simetria da rede cristalina.
A tensão controla as propriedades quânticas do material
Os estados de borda condutora aparecem dentro de um grande gap eletrônico de mais de 0,2 elétron-volts (eV). A equipe descobriu que o filme de telureto de estanho é comprimido pela camada subjacente, criando uma tensão essencial para estabilizar o estado topológico do material.
Ainda mais importante, os pesquisadores mostraram que esses estados extremos podem ser ajustados alterando a deformação, oferecendo uma maneira prática de ajustar o comportamento eletrônico do material para tecnologias futuras.
Potencial para a futura eletrônica quântica
Os primeiros princípios dos cálculos da mecânica quântica confirmaram que os estados extremos observados têm uma origem topológica. A equipe também examinou como os estados extremos vizinhos interagem, descobrindo que seus níveis de energia mudam devido a uma combinação de interações eletrostáticas e tunelamento quântico.
Como o material tem um band gap relativamente grande, espera-se que suas propriedades topológicas permaneçam estáveis mesmo à temperatura ambiente. Isso o torna uma plataforma promissora para explorar estados topológicos bidimensionais ajustáveis por deformação e pode apoiar avanços futuros em eletrônica baseada em spin e dispositivos em nanoescala.
Os resultados foram publicados na revista Comunicação da natureza.
