I fisici dell'Università di Zurigo stanno ricercando una nuova classe di materiali:gli isolanti topologici di ordine superiore. I bordi di questi solidi cristallini conducono la corrente elettrica senza dissipazione, mentre il resto del cristallo rimane isolante. Questo potrebbe essere utile per applicazioni nella tecnologia dei semiconduttori e per la costruzione di computer quantistici.

La topologia esamina le proprietà di oggetti e solidi protetti da perturbazioni e deformazioni. I materiali finora conosciuti includono isolanti topologici, che sono cristalli che isolano all'interno ma conducono corrente elettrica sulla loro superficie. Le superfici conduttrici sono topologicamente protette, il che significa che non possono essere facilmente portati in uno stato isolante.

I fisici teorici dell'Università di Zurigo hanno ora previsto una nuova classe di isolanti topologici con proprietà conduttive sui bordi dei cristalli piuttosto che sulla superficie. Il gruppo di ricerca, composto da scienziati dell'UZH, Università di Princeton, il Donostia International Physics Center e il Max Planck Institute of Microstructure Physics di Halle, soprannominò la nuova classe di materiali "isolatori topologici di ordine superiore". La straordinaria robustezza dei bordi conduttori li rende particolarmente interessanti:la corrente degli elettroni topologici non può essere fermata da disordine o impurità. Se un'imperfezione intralcia la corrente, scorre semplicemente intorno all'impurità.

Inoltre, i bordi del cristallo non devono essere appositamente preparati per condurre la corrente elettrica. Se il cristallo si rompe, anche i nuovi bordi conducono automaticamente la corrente. "L'aspetto più eccitante è che l'elettricità può almeno in teoria essere condotta senza alcuna dissipazione, "dice Tito Neuperto, professore presso il Dipartimento di Fisica dell'UZH. "Si potrebbe pensare ai bordi del cristallo come a una sorta di autostrada per gli elettroni. Non possono semplicemente fare un'inversione a U". Questa proprietà di conduttanza senza dissipazione, altrimenti noto dai superconduttori a basse temperature, non è condiviso con i cristalli isolanti topologici precedentemente noti che hanno superfici conduttrici, ma è specifico per i cristalli topologici di ordine superiore.

Lo studio dei fisici si basa ancora principalmente su aspetti teorici. Hanno proposto il tellururo di stagno come primo composto a mostrare queste nuove proprietà. "È necessario identificare e sondare più candidati materiali negli esperimenti, " afferma Neupert. I ricercatori sperano che in futuro i nanofili fatti di isolanti topologici di ordine superiore possano essere utilizzati come percorsi conduttivi nei circuiti elettrici. Potrebbero essere combinati con materiali magnetici e superconduttori e utilizzati per costruire computer quantistici.