Una investigación revela cómo diseñar "estados cuánticos exóticos" de la materia con un imán y un aislante topológico

Un equipo internacional liderado por el Donostia International Physics Center (DIPC), con la participación de investigadores del Centro de Física de Materiales (CFM CSIC-EHU) y del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), revela una nueva forma de diseñar estados cuánticos exóticos de la materia mediante la superposición de un imán y un aislante topológico.

El resultado es "un patrón de interferencia a escala nanométrica que reconfigura la forma en que los electrones se mueven a través de la interfaz y revela efectos nunca antes vistos en este tipo de materiales", según han explicados desde el DIPC en un comunicado.

Las mismas fuentes han explicado que los aislantes topológicos "son sustancias peculiares que en su interior se comportan como aislantes eléctricos pero presentan superficies altamente conductoras".

En esas superficies, la dirección de espín de los electrones "está ligada a su movimiento, una característica que los hace resistentes a la dispersión y prometedores para la espintrónica -la electrónica basada en el espín del electrón en lugar de en su carga-", han señalado desde el centro, al tiempo que han indicado que "cuando el magnetismo y la topología se unen, se espera que ocurran cosas extraordinarias".

Ilya Klimovskikh uno de los investigadores del DIPC, que participa en el estudio ha indicado que el equipo desarrolló capas ultrafinas de aislantes magnéticos de van der Waals -materiales conocidos como FeX2 (donde X es cloro o bromo)- sobre la superficie del aislante topológico seleniuro de bismuto (Bi2Se3).

"Debido a que las dos redes cristalinas no se alinean perfectamente, se forma un patrón muaré en la frontera, y eso modula sutilmente la estructura electrónica", ha afirmado, para subrayar que "utilizando técnicas de vanguardia como la microscopía de efecto túnel de barrido y la espectroscopia de fotoemisión con resolución angular, los investigadores estudiaron el comportamiento de los electrones en este escenario".

Finalmente, ha señalado que este descubrimiento confirma que "los efectos muaré pueden producirse en materiales topológicos -algo que se había teorizado durante mucho tiempo, pero que nunca había sido observado-", al tiempo que "sugiere que esos sistemas podrían albergar nuevas fases topológicas y superconductoras, potencialmente útiles para la computación cuántica y la electrónica de bajo consumo". "La ingeniería de muaré nos brinda una perspectiva completamente nueva sobre cómo controlar los estados cuánticos entrelazados y topológicos; es como abrir un nuevo capítulo en la investigación de materiales cuánticos", ha finalizado.