Un team internazionale di BESSY II guidato dal Prof. Oliver Rader ha dimostrato che le proprietà sconcertanti dell'esaboruro di samario non derivano dal fatto che il materiale è un isolante topologico, come precedentemente proposto. Il lavoro teorico e sperimentale iniziale aveva indicato che questo materiale, che diventa un isolante Kondo a temperature molto basse, possedeva anche le proprietà di un isolante topologico. Il team ha ora pubblicato una spiegazione alternativa convincente in Comunicazioni sulla natura .

L'esaboruro di samario è un solido scuro con proprietà metalliche a temperatura ambiente. Ospita Samario, un elemento con più elettroni confinati in orbitali f localizzati in cui interagiscono fortemente tra loro. Più bassa è la temperatura, più evidenti diventano queste interazioni. SmB6 diventa quello che è noto come un isolante Kondo, prende il nome da Jun Kondo, che per primo ha spiegato questo effetto quantistico.

Circa 40 anni fa, i fisici hanno osservato che SmB6 conservava ancora la conduttività residua a temperature inferiori a 4 kelvin, la cui causa era rimasta sconosciuta fino ad oggi. Dopo la scoperta della classe dei materiali topologico-isolanti circa 12 anni fa, le ipotesi si fecero insistenti sul fatto che SmB6 potesse essere un isolante topologico oltre ad essere un isolante di Kondo, che potrebbe spiegare l'anomalia di conduttività a un livello molto fondamentale, poiché questo provoca particolari stati conduttivi in ​​superficie. Gli esperimenti iniziali in realtà puntavano a questo.

Ora, un team internazionale guidato dal Prof. Oliver Rader ha studiato campioni particolarmente buoni di SmB6 al BESSY II. I campioni, cresciuto da partner collaboratori in Ucraina, sono stati scissi lungo piani cristallini specifici e studiati con l'aiuto di ARPES 13, l'esclusivo apparato ad alta risoluzione per la spettroscopia di fotoemissione a risoluzione angolare presso BESSY II. I fisici sono stati in grado di raggiungere le necessarie criotemperature inferiori a 1 kelvin e misurare in modo abbastanza preciso i livelli di energia delle bande di elettroni rispetto alla geometria del cristallo.

Prima analisi:nessun isolante topologico

Le loro misurazioni hanno confermato il risultato che gli elettroni sulla superficie sono mobili, ma i ricercatori hanno trovato prove che il numero pari di transizioni di banda osservate è inconciliabile con gli elettroni che occupano gli stati di superficie topologici.

Negli esperimenti successivi, i ricercatori hanno cercato intensamente una spiegazione alternativa della conduttività che era stata dimostrata in superficie. "Siamo stati in grado di dimostrare che gli spazi tra i livelli energetici consentiti degli elettroni che si sono aperti a causa dell'effetto Kondo sono stati leggermente spostati in superficie. Di conseguenza, il campione rimane conduttore solo lì. Questo significa chiaramente, però, che la notevole conducibilità superficiale non è correlata alla topologia del sistema, " spiega il dottor Emile Rienks che ha condotto gli esperimenti con il dottorando Peter Hlawenka (HZB e Università di Potsdam).

La ricerca sugli isolanti topologici e altri materiali che mostrano effetti quantistici pronunciati potrebbe portare a nuovi componenti elettronici per tecnologie dell'informazione efficienti dal punto di vista energetico. Le informazioni potrebbero essere elaborate e archiviate con un input energetico minimo se possiamo comprendere meglio questi materiali e quindi controllarli.