Los experimentos demuestran que no se necesitan bordes para comprender un efecto cuántico inusual.
18 de abril de 2023
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por RIKEN
Los físicos de RIKEN han creado un estado cuántico exótico en un dispositivo con geometría en forma de disco por primera vez, demostrando que no se requieren bordes. Esta demostración abre el camino para realizar otros comportamientos electrónicos novedosos. Sus hallazgos se publican en Nature Physics.
La física ha avanzado mucho más allá de los tres estados clásicos de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Una mejor comprensión teórica de los efectos cuánticos en los cristales y el desarrollo de herramientas experimentales avanzadas para sondarlos y medirlos ha revelado una gran cantidad de estados exóticos de la materia.
Un ejemplo destacado de esto es el aislante topológico: un tipo de sólido cristalino que presenta propiedades radicalmente diferentes en sus superficies que en el resto del material. La manifestación más conocida de esto es que los aislantes topológicos conducen electricidad en sus superficies pero son aislantes en su interior.
Otra manifestación es el llamado efecto Hall anómalo cuántico.
Conocido desde hace más de un siglo, el efecto Hall convencional surge cuando una corriente eléctrica que fluye por un conductor se desvía de su línea recta por un campo magnético aplicado en ángulo recto a la corriente. Esta desviación produce una tensión a través del conductor (y una resistencia eléctrica correspondiente).
En algunos materiales magnéticos, este fenómeno puede surgir incluso cuando no se aplica un campo magnético, lo que se llama efecto Hall anómalo.
'La resistencia Hall anómala puede volverse muy grande en los aislantes topológicos', explica Minoru Kawamura del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente. 'A bajas temperaturas, la resistencia Hall anómala aumenta y llega a un valor fundamental, mientras que la resistencia a lo largo de la dirección de la corriente se vuelve cero'. Este es el efecto Hall anómalo cuántico, y se observó por primera vez en el laboratorio hace casi una década.
Ahora, Kawamura y sus colegas han demostrado un efecto conocido como bombeo de carga de Laughlin en un aislante Hall anómalo cuántico.
El equipo fabricó un disco en forma de rosquilla hecho de capas de diferentes aislantes topológicos magnéticos. Luego midieron cómo la corriente eléctrica a través del dispositivo respondió a un campo magnético alternante generado por electrodos de metal en las curvas internas y externas de la rosquilla.
Los investigadores observaron que este campo llevó a la acumulación de carga eléctrica en los extremos del cilindro. Esto es el bombeo de carga de Laughlin.
Las demostraciones anteriores de aislantes Hall anómalos cuánticos utilizaban dispositivos rectangulares que incluían bordes que conectaban los electrodos. Y se pensaba que los estados electrónicos en estos bordes eran cruciales para sostener el aislante Hall anómalo cuántico.
Pero el hallazgo del equipo derriba esta suposición. 'Nuestra demostración de bombeo de carga de Laughlin en un aislante Hall anómalo cuántico utiliza un dispositivo en forma de disco sin canales de borde que conecten los dos electrodos', dice Kawamura. 'Nuestro resultado plantea la posibilidad de que otros fenómenos electrónicos emocionantes puedan ser realizados en materiales Hall anómalos cuánticos'.
Información del diario: Nature Physics
Proporcionado por: RIKEN
