Un team guidato dall'Università di Osaka ha utilizzato la spettroscopia fotoelettronica risolta in angolo per sondare l'insolita conduttività superficiale dei cristalli di esaboruro di samario. Hanno dimostrato che il materiale è una fase coesistente di "isolante topologico" in cui la corrente elettrica può fluire lungo la superficie ma non attraverso la massa del campione, un "isolante Kondo, " che subisce una transizione metallo-isolante a causa della forte correlazione elettronica. Questo lavoro, che dimostra che gli isolanti topologici possono avere contemporaneamente forti correlazioni elettroniche, potrebbe consentire lo sviluppo di dispositivi di spin quantistico che utilizzano gli spin magnetici dei singoli elettroni per superare le prestazioni dei computer attuali.

Esiste un dibattito di lunga data sulla struttura elettronica della superficie metallica dell'esaboruro di samario (SmB ₆ ). SmB ₆ è noto per essere un isolante solo a basse temperature a causa di forti correlazioni elettroniche, chiamato "effetto Kondo". A differenza della maggior parte dei materiali, la resistenza negli isolatori Kondo in realtà aumenta al diminuire della temperatura. Però, l'origine della conducibilità residua alle basse temperature non è stata ancora rivelata. Un'ipotesi popolare è che SmB ₆ è anche un isolante topologico, che può avere stati elettronici metallici sulla sua superficie. Però, le strutture elettroniche di superficie di SmB ₆ ottenuti finora sono stati complessi e di difficile interpretazione e quindi questa domanda se SmB ₆ è infatti topologico è stato un dibattito di lunga data. In questo lavoro, il team ha osservato gli stati superficiali da un nuovo orientamento dei cristalli ed è riuscito a semplificare in modo significativo gli stati superficiali.

L'intuizione principale è stata la misurazione lungo una particolare direzione della superficie, che in precedenza era stato difficile da fare. Per ottenere questa superficie, i ricercatori hanno prima dovuto preparare un piatto atomicamente piatto, superficie estremamente pulita del cristallo in modo molto preciso. Ci sono riusciti riscaldando un singolo cristallo di esaboruro di samario a temperature molto elevate in una camera a vuoto ultraelevato. Hanno quindi eseguito la spettroscopia fotoelettronica risolta in angolo, che monitora gli elettroni espulsi dal cristallo quando esposto a intensi fasci di luce. Utilizzando un rilevatore ferromagnetico, sono stati in grado di determinare non solo le velocità degli elettroni, ma anche se avevano i loro giri orientati verso l'alto o verso il basso. "Siamo stati in grado di dimostrare che l'esaboruro di samario è un isolante topologico, senza ambiguità, ", afferma l'autore principale Shin-ichi Kimura. "Questo apre una nuova area di ricerca in cui possono esistere forti correlazioni ed effetti topologici nello stesso materiale".