Físicos da Universidade de Jyväskylä e da Universidade de Aalto, na Finlândia, criaram com sucesso um isolador de cristal topológico bidimensional, marcando a primeira realização experimental de um material quântico que os cientistas previam há mais de uma década. Até agora, as tentativas de fazê-lo foram dificultadas pelas dificuldades no desenvolvimento dos materiais necessários.
A descoberta foi liderada pelo Professor Associado Kezilbeek Šavulienu em colaboração com pesquisadores da Universidade de Aalto, incluindo o Professor Peter Lillerot e o Professor Jose Lado. A equipe produziu o material cultivando um filme atomicamente fino que consiste em apenas duas camadas de telureto de estanho (SnTe) sobre disseleneto de nióbio (NbSe).2) resina.
Um cristal atomicamente fino revela estados quânticos únicos
Para estudar as propriedades do material, os pesquisadores usaram epitaxia de feixe molecular juntamente com microscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura, o que lhes permitiu sondar seu comportamento eletrônico até o 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 se movam ao longo das bordas do material e são protegidos pela simetria da rede cristalina.
A deformação controla as propriedades quânticas do material
Os estados de borda condutora aparecem no grande gap de elétrons de mais de 0,2 elétron-volts (eV). A equipe descobriu que o filme de telureto de estanho é comprimido pelo substrato subjacente, criando uma tensão que é importante para estabilizar o estado topológico do material.
Mais importante ainda, os pesquisadores demonstraram que esses estados extremos podem ser ajustados alterando a deformação, oferecendo uma maneira prática de ajustar o comportamento eletrônico do material para tecnologias futuras.
O potencial da futura eletrônica quântica
Os primeiros princípios dos cálculos da mecânica quântica confirmaram que os estados extremos observados têm uma origem topológica. A equipe também estudou como os estados 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 o estudo de estados topológicos bidimensionais ajustáveis por deformação e pode apoiar avanços futuros em eletrônica de spin e dispositivos em nanoescala.
Os resultados foram publicados na revista Comunicações da natureza.
