Gli isolanti topologici sono una classe di materiali che possiedono proprietà elettroniche uniche grazie al loro ordine topologico. Mentre gli isolanti convenzionali bloccano il flusso di elettricità, gli isolanti topologici consentono il passaggio della corrente elettrica lungo le loro superfici pur rimanendo isolanti all'interno. Questa proprietà deriva dalla presenza di stati topologici superficiali protetti dalla topologia del materiale, che li rende robusti contro difetti e impurità.
Gli isolanti topologici di ordine superiore sono una sottoclasse di isolanti topologici con proprietà ancora più esotiche. Oltre agli stati superficiali topologici, gli isolanti topologici di ordine superiore presentano anche stati topologici di dimensione superiore, come stati d'angolo topologici e stati cerniera topologici. Questi stati danno origine a una protezione ancora più forte contro i disordini e offrono potenziali applicazioni nella spintronica e nell’informatica quantistica.
Tuttavia, il rilevamento degli isolanti topologici di ordine superiore si è rivelato un compito impegnativo a causa dei segnali deboli provenienti dai loro stati topologici. I fisici del MIT hanno superato questa sfida impiegando una tecnica chiamata “spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo” (ARPES). L'ARPES prevede l'emissione di luce ultravioletta sul materiale e la misurazione dell'energia e della quantità di moto degli elettroni emessi. Analizzando i dati ARPES, i ricercatori sono stati in grado di identificare gli stati topologici della superficie ed estrarne le proprietà chiave.
Il rilevamento di isolanti topologici di ordine superiore apre nuove possibilità per esplorare le loro proprietà uniche e le potenziali applicazioni. Questi materiali potrebbero essere utilizzati per creare transistor e dispositivi elettronici più efficienti, nonché piattaforme per lo studio di fenomeni fisici fondamentali e lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche.
Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Nuh Gedik, ha evidenziato l’importanza delle loro scoperte nel contesto della ricerca sugli isolanti topologici. "Il nostro lavoro fornisce un modo diretto per identificare isolanti topologici di ordine superiore osservando i loro stati superficiali, il che potrebbe accelerare in modo significativo la scoperta e lo sviluppo di questi materiali per future applicazioni tecnologiche", ha affermato il professor Gedik.
Si prevede che questa svolta ispirerà ulteriori ricerche e sviluppi tecnologici nel campo degli isolanti topologici, ampliando i confini della fisica della materia condensata e aprendo la strada a future innovazioni nell’elettronica e nelle tecnologie quantistiche.
