Físicos da Universidade de Zurique estão pesquisando uma nova classe de materiais:isoladores topológicos de ordem superior. As bordas desses sólidos cristalinos conduzem corrente elétrica sem dissipação, enquanto o resto do cristal permanece isolante. Isso pode ser útil para aplicações em tecnologia de semicondutores e para a construção de computadores quânticos.

A topologia examina as propriedades de objetos e sólidos protegidos contra perturbações e deformações. Os materiais conhecidos até agora incluem isoladores topológicos, que são cristais que isolam por dentro, mas conduzem corrente elétrica em sua superfície. As superfícies condutoras são protegidas topologicamente, o que significa que eles não podem ser facilmente colocados em um estado de isolamento.

Físicos teóricos da Universidade de Zurique agora previram uma nova classe de isoladores topológicos com propriedades condutoras nas bordas dos cristais, em vez de na superfície. A equipe de pesquisa, formado por cientistas do UZH, Universidade de Princeton, o Donostia International Physics Center e o Max Planck Institute of Micro Structure Physics em Halle, apelidou a nova classe de material de "isolantes topológicos de ordem superior". A extraordinária robustez das bordas condutoras torna-as particularmente interessantes:a corrente de elétrons topológicos não pode ser interrompida por desordem ou impurezas. Se uma imperfeição atrapalhar a corrente, simplesmente flui em torno da impureza.

Além disso, as bordas de cristal não precisam ser especialmente preparadas para conduzir corrente elétrica. Se o cristal quebrar, as novas bordas também conduzem automaticamente a corrente. "O aspecto mais empolgante é que a eletricidade pode, pelo menos em teoria, ser conduzida sem qualquer dissipação, "diz Titus Neupert, professor do Departamento de Física do UZH. "Você poderia pensar nas bordas do cristal como uma espécie de rodovia para os elétrons. Eles não podem simplesmente fazer uma inversão de marcha." Esta propriedade de condutância sem dissipação, também conhecido de supercondutores em baixas temperaturas, não é compartilhado com os cristais isolantes topológicos previamente conhecidos que têm superfícies condutoras, mas é específico para os cristais topológicos de ordem superior.

O estudo dos físicos ainda se baseia principalmente em aspectos teóricos. Eles propuseram o telureto de estanho como o primeiro composto a apresentar essas novas propriedades. "Mais candidatos materiais devem ser identificados e sondados em experimentos, "diz Neupert. Os pesquisadores esperam que, no futuro, nanofios feitos de isoladores topológicos de ordem superior possam ser usados ​​como caminhos condutores em circuitos elétricos. Eles poderiam ser combinados com materiais magnéticos e supercondutores e usados ​​para construir computadores quânticos.