Um material quântico que existia apenas na teoria por mais de uma década foi agora construído em um laboratório na Finlândia. Físicos da Universidade de Jyväskylä e da Universidade Aalto cultivaram um cristal atomicamente fino que conduz eletricidade apenas ao longo de suas bordas, um comportamento que pode eventualmente funcionar em temperatura ambiente.
Duas camadas de telureto de estanho sobre uma base especial
O professor associado Kezilbeiek Shawulieno liderou a equipe que fez o material empilhando apenas duas camadas de telureto de estanho (SnTe) sobre um substrato de disseleneto de nióbio (NbSe2). Os pesquisadores usaram epitaxia por feixe molecular para crescer o filme e depois o sondaram com microscopia de tunelamento por varredura em baixa temperatura. Isso permitiu que eles vissem a estrutura eletrônica do material átomo por átomo. Eles encontraram pares de estados de borda condutores, a marca registrada de um isolante cristalino topológico. Esses estados são protegidos pela simetria da rede cristalina, o que significa que os elétrons viajam ao longo das bordas sem dispersão.
Deformação como um botão de controle
O filme de telureto de estanho é comprimido pelo substrato subjacente, criando uma deformação que estabiliza o estado topológico do material. A equipe mostrou que mudar a deformação ajusta os estados de borda, dando aos pesquisadores uma maneira prática de sintonizar o comportamento eletrônico do material. Os estados de borda aparecem dentro de um grande gap de banda eletrônico de mais de 0,2 elétron-volt. Cálculos quânticos de primeiros princípios confirmaram que os estados têm origem topológica. Os pesquisadores também observaram que estados de borda vizinhos interagem, deslocando seus níveis de energia através de uma mistura de forças eletrostáticas e tunelamento quântico.
Uma plataforma para eletrônica quântica em temperatura ambiente
Como o gap de banda é relativamente grande, espera-se que as propriedades topológicas do material permaneçam estáveis mesmo em temperatura ambiente. Isso o torna uma plataforma promissora para explorar estados topológicos bidimensionais ajustáveis por deformação. O trabalho pode apoiar futuros avanços em eletrônica baseada em spin e dispositivos em nanoescala. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications.
