O 'efeito magnetoelétrico quantizado' foi demonstrado pela primeira vez em isoladores topológicos na TU Wien, que é definido para abrir novos e altamente precisos métodos de medição.

Uma onda de luz enviada através do espaço vazio sempre oscila na mesma direção. Contudo, certos materiais podem ser usados ​​para girar na direção em que a luz está oscilando quando colocada em um campo magnético. Isso é conhecido como efeito 'magneto-óptico'.

Depois de muita especulação durante um longo período de tempo, uma variante desse tipo de efeito foi demonstrada pela primeira vez na TU Wien. Em vez de mudar a direção da onda de luz continuamente, materiais especiais chamados de 'isolantes topológicos' o fazem em etapas quânticas em porções claramente definidas. A extensão dessas etapas quânticas depende exclusivamente de parâmetros físicos fundamentais, como a constante de estrutura fina. Em breve, poderá ser possível medir essa constante com ainda mais precisão usando técnicas ópticas do que atualmente é possível por meio de outros métodos. As últimas descobertas foram agora reveladas no jornal de acesso aberto Nature Communications .

Isolantes topológicos

“Já faz algum tempo que trabalhamos com materiais que podem mudar a direção da oscilação da luz, "explica o Prof. Andrei Pimenov do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien. Como regra geral, o efeito depende da espessura do material:quanto maior a distância a ser percorrida pela luz no material, quanto maior o ângulo de rotação. Contudo, este não é o caso dos materiais que a equipe de Pimenov investigou mais de perto com a ajuda de um grupo de pesquisa de Würzburg. Seu foco tem sido em 'isoladores topológicos', para o qual o parâmetro crucial é a superfície em vez da espessura.

Isoladores por dentro, a eletricidade geralmente pode ser conduzida de forma muito eficaz ao longo da superfície de um isolador topológico. "Mesmo ao enviar radiação através de um isolante topológico, a superfície é o que faz toda a diferença, "diz Pimenov. Quando a luz se propaga neste material, a direção de oscilação do feixe é girada pela superfície do material duas vezes - uma quando ele entra e novamente quando sai.

O que é mais notável aqui é que essa rotação ocorre em porções específicas, em etapas quânticas, ao invés de ser contínuo. O intervalo entre esses pontos não é determinado pela geometria ou pelas propriedades do material e, em vez disso, é definido apenas por constantes naturais fundamentais. Por exemplo, eles podem ser especificados com base na constante de estrutura fina, que é usado para descrever a força da interação eletromagnética. Isso pode abrir a possibilidade de medir constantes naturais com mais precisão do que antes e pode até levar à identificação de novas técnicas de medição.

Maior precisão de medição usando materiais especiais

A situação é semelhante para o efeito Hall quântico, que é outro fenômeno quântico observado em certos materiais, nesse caso, uma determinada variável (aqui a resistência elétrica) pode aumentar apenas em certos valores. O efeito Hall quântico é usado atualmente para medições de alta precisão, com a definição oficial padrão de resistência elétrica baseada nela. Em 1985, o Prêmio Nobel de Física foi concedido pela descoberta do efeito Hall quântico.

Os materiais topológicos também já foram objeto de uma vitória do Prêmio Nobel - desta vez em 2016. Espera-se que estes últimos resultados também possibilitem que materiais com características topológicas especiais (neste caso isoladores topológicos) sejam usados ​​para técnicas específicas formulários.