Una nuova ricerca sulle fasi topologiche della materia potrebbe stimolare progressi nei dispositivi quantistici innovativi. Come descritto in un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Nature Communications , un gruppo di ricerca comprendente scienziati del Los Alamos National Laboratory ha utilizzato un nuovo approccio di ingegneria del ceppo per convertire il materiale pentatellururo di afnio (HfTe5 ) a una forte fase isolante topologica, aumentandone la resistenza elettrica complessiva e abbassandola in superficie, una chiave per sbloccare il suo potenziale quantistico.
"Sono entusiasta che il nostro team sia riuscito a dimostrare che gli sfuggenti e tanto ricercati stati topologici superficiali possono essere trasformati in un percorso di conduzione elettrica predominante", ha affermato Michael Pettes, scienziato del Center for Integrated Nanotechnologies (CINT) al Laboratorio.
"Ciò è promettente per lo sviluppo di tipi di dispositivi optoelettronici quantistici, rilevatori di materia oscura e dispositivi topologicamente protetti come i computer quantistici. E la metodologia che dimostriamo è compatibile per la sperimentazione su altri materiali quantistici."
All'Università della California, Irvine, i membri del gruppo di ricerca hanno coltivato l'HfTe5 cristalli e abbiamo utilizzato un approccio di ingegneria della deformazione, applicando forza meccanica al materiale, a temperature criogeniche di 1,5 Kelvin, o circa meno 457 gradi Fahrenheit.
Nel laboratorio CINT di Pettes a Los Alamos, i campioni sono stati sottoposti a spettroscopia ottica per ottenere un'immagine del campione a livello submicronico. I ricercatori CINT hanno quindi eseguito la spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo presso l'Università del Tennessee, aiutando a chiarire gli effetti dell'ingegneria della deformazione.
Il gruppo di ricerca si è reso conto che l'ingegneria della deformazione ha modificato il comportamento di HfTe5 , trasformandolo da isolante topologico debole ad isolante topologico forte. Cioè, la resistività elettrica complessiva del materiale, o la resistenza al passaggio della corrente elettrica, è aumentata di oltre tre ordini di grandezza.
Il materiale ha visto anche i suoi stati superficiali topologici dominare il trasporto elettronico. Queste proprietà potrebbero rendere HfTe5 adatto per dispositivi quantistici. I promettenti risultati sono di buon auspicio per estendere l’approccio dell’ingegneria delle deformazioni allo studio delle transizioni di fase topologiche nei materiali e nelle eterostrutture di van der Waals, strutture reticolari caratterizzate da un forte legame nel piano e un debole legame fuori dal piano tra i materiali. atomi o molecole, come le pagine di un libro.
Se studiata con un campo magnetico elevato, la proprietà topologica appena scoperta può aiutare a scoprire fenomeni legati alla fisica esotica come le anomalie quantistiche, l’inspiegabile rottura della simmetria in fisica. Nuovi esperimenti condotti presso il Laboratorio nazionale per campi magnetici elevati di Los Alamos – Struttura per campi pulsati, soggetto HfTe5 per sottoporsi a campi magnetici ultra elevati fino a 65 Tesla.
Ulteriori informazioni: Jinyu Liu et al, Transizione di fase topologica controllata dalla tensione e trasporto dominante dello stato superficiale in HfTe5, Comunicazioni naturali (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44547-7
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dal Los Alamos National Laboratory
