Elétrons com energias diferentes são emitidos ao longo de vários eixos de cristal no interior da amostra, bem como da superfície. Estes podem ser medidos com a estação de fotoemissão angular resolvida (ARPES) em BESSY II. A imagem à esquerda mostra a temperatura da amostra em 25 K, certo em apenas 1 K. A distribuição de energia dos elétrons da banda de condução e valência pode ser derivada desses dados. A superfície permanece condutora em temperatura muito baixa (1 K). Crédito:HZB
Uma equipe internacional do BESSY II chefiada pelo Prof. Oliver Rader mostrou que as propriedades intrigantes do hexaboreto de samário não derivam do fato de o material ser um isolante topológico, como foi proposto anteriormente. Trabalhos teóricos e experimentais iniciais indicaram que este material, que se torna um isolante Kondo em temperaturas muito baixas, também possuía as propriedades de um isolante topológico. A equipe já publicou uma explicação alternativa convincente em Nature Communications .
O hexaboreto de samário é um sólido escuro com propriedades metálicas à temperatura ambiente. Ele hospeda Samário, um elemento com vários elétrons confinados a orbitais f localizados nos quais eles interagem fortemente uns com os outros. Quanto mais baixa a temperatura, mais aparentes essas interações se tornam. SmB6 torna-se o que é conhecido como isolante Kondo, nomeado após Jun Kondo, quem primeiro explicou este efeito quântico.
Cerca de 40 anos atrás, os físicos observaram que o SmB6 ainda retinha a condutividade remanescente em temperaturas abaixo de 4 kelvin, cuja causa permaneceu obscura até hoje. Após a descoberta da classe de materiais isolantes-topológicos há cerca de 12 anos, as hipóteses cresceram insistentemente que o SmB6 poderia ser um isolante topológico, além de ser um isolante Kondo, o que pode explicar a anomalia de condutividade em um nível muito fundamental, uma vez que isso causa estados condutores particulares na superfície. Experimentos iniciais realmente apontaram para isso.
Agora, uma equipe internacional chefiada pelo Prof. Oliver Rader investigou amostras especialmente boas de SmB6 em BESSY II. As amostras, crescido por parceiros colaboradores na Ucrânia, foram clivados ao longo de planos de cristal específicos e estudados com a ajuda do ARPES 13, o aparelho exclusivo de alta resolução para espectroscopia de fotoemissão com resolução angular no BESSY II. Os físicos conseguiram alcançar as criotemperaturas necessárias abaixo de 1 kelvin e medir com bastante precisão os níveis de energia das bandas de elétrons em relação à geometria do cristal.
Primeira análise:sem isolante topológico
Suas medições confirmaram o resultado de que os elétrons na superfície são móveis, mas os pesquisadores encontraram evidências de que o número par de transições de banda observadas é irreconciliável com os elétrons que ocupam estados de superfície topológicos.
Nos experimentos subsequentes, os pesquisadores procuraram intensamente por uma explicação alternativa para a condutividade demonstrada na superfície. "Pudemos mostrar que as lacunas entre os níveis de energia permitidos dos elétrons que se abriram devido ao efeito Kondo mudaram um pouco na superfície. Como resultado, a amostra permanece condutiva apenas lá. Isso significa claramente, Contudo, que a notável condutividade da superfície não está relacionada à topologia do sistema, "explica o Dr. Emile Rienks que realizou os experimentos com o estudante de doutorado Peter Hlawenka (HZB e Universidade Potsdam).
A pesquisa sobre isolantes topológicos e outros materiais que exibem efeitos quânticos pronunciados pode levar a novos componentes eletrônicos para tecnologia da informação com eficiência energética. As informações podem ser processadas e armazenadas com o mínimo de entrada de energia se pudermos compreender melhor esses materiais e, assim, controlá-los.
