Sin dalla scoperta dell'effetto Hall quantistico (Premio Nobel 1985), la simmetria è stata il principio guida nella ricerca di materiali topologici. Ora un team internazionale di ricercatori provenienti da Germania, Svizzera e Stati Uniti ha introdotto un principio guida alternativo, la "quasi-simmetria", che porta alla scoperta di un nuovo tipo di materiale topologico con un grande potenziale per applicazioni nella spintronica e nelle tecnologie quantistiche. Questo lavoro è stato pubblicato su Nature Physics .

A differenza di una simmetria propria che agisce uniformemente sull'intero oggetto, l'operazione di quasi-simmetria agisce selettivamente su parti diverse del sistema. Un esempio semplificato può essere un'immagine speculare incompleta, in cui alcune parti dell'oggetto sono specchiate ma altre no. Teoricamente, corrisponde a un sistema che ha una simmetria esatta quando si prende in considerazione solo l'approssimazione di base mentre termini approssimativi aggiuntivi rompono tale simmetria. Nella struttura a bande elettroniche di un solido, ciò impone lacune di energia finite ma parametricamente piccole in alcuni punti a bassa simmetria nello spazio della quantità di moto.

Nel loro nuovo lavoro, i ricercatori dimostrano che la quasi-simmetria nel semimetallo CoSi stabilizza minuscole lacune di energia su un grande piano quasi degenerato. Ciò si riflette nel modo in cui gli elettroni vengono piegati in movimento circolare da un campo magnetico, noto come oscillazioni quantistiche. L'applicazione della deformazione nel piano rompe la simmetria cristallina che separa solo i punti degeneri corrispondenti ma i punti protetti dalla quasi simmetria rimangono intatti, osservabili da nuove orbite di rottura magnetica. Questi risultati dimostrano una delle caratteristiche più importanti della quasi-simmetria:la sua robustezza contro le perturbazioni chimiche e fisiche.

La maggior parte dei materiali topologici scoperti negli ultimi anni richiedono un'ingegneria precisa della loro composizione chimica affinché siano rilevanti per future applicazioni tecnologiche. Al contrario, le quasi-simmetrie eliminano la necessità di una messa a punto così fine poiché le caratteristiche topologiche possono essere trovate a qualsiasi potenziale chimico arbitrario. Inoltre, i materiali topologici protetti da quasi simmetria sono robusti contro qualsiasi deformazione fisica che rompe la simmetria cristallina. Inoltre, i materiali topologici protetti da quasi simmetria sono resistenti alle deformazioni fisiche che rompono la simmetria cristallina, un prerequisito chiave per la loro applicazione tecnologica tramite processi a film sottile.

Queste caratteristiche dimostrano una nuova classe di materiali topologici con una maggiore resilienza alle perturbazioni, che ne semplifica l'uso nella tecnologia. I ricercatori ritengono che questo primo esempio rappresenti un passo importante verso la scoperta di materiali topologici al di là delle solite classificazioni dei gruppi spaziali, che potrebbero aiutare la comunità a non trascurare ciò che potrebbe essere nascosto in bella vista. + Esplora ulteriormente

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