Isso mostra a difração de raios-X em um único cristal de um material antiferromagnético. Este material, cientistas descobriram, exibe um efeito Hall anômalo extremamente grande, um sinal de seu caráter topológico. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
Os cientistas de Argonne identificaram uma nova classe de materiais topológicos feitos pela inserção de átomos de metal de transição na rede atômica de um material bidimensional bem conhecido.
Nos últimos anos, os cientistas ficaram intrigados com um novo tipo de material que mostra um tipo de comportamento incomum e dividido. Essas estruturas, chamados materiais topológicos, podem demonstrar propriedades diferentes em sua superfície do que em seu volume. Esse comportamento tem atraído a atenção de cientistas interessados em novos estados da matéria e tecnólogos interessados em aplicações eletrônicas e spintrônicas em potencial.
Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os cientistas identificaram uma nova classe de materiais topológicos feitos pela inserção de átomos de metal de transição na rede atômica de disseleneto de nióbio (NbS 2 ), um material bidimensional bem conhecido. Eles descobriram que CoNb 3 S 6 , um material antiferromagnético, exibe um efeito Hall anômalo extremamente grande, um sinal do caráter topológico dos materiais.
O efeito Hall comum ocorre em todos os condutores elétricos. O efeito é essencialmente uma força que um elétron experimenta ao se mover através de um campo magnético. "Em cada metal, elétrons serão empurrados perpendicularmente à sua direção de viagem e perpendicular a um campo magnético externo aplicado, criando uma voltagem, "disse Nirmal Ghimire, um professor assistente na George Mason University e um recente pós-doutorado do diretor da Argonne que foi o primeiro autor do estudo. "Se o próprio material for um ferromagneto, uma contribuição adicional se sobrepõe à tensão Hall comum; isso é conhecido como efeito Hall anômalo (AHE). "
No estudo, Ghimire e seus colegas analisaram o CoNb 3 S 6 e descobri algo inesperado:um grande AHE em campos magnéticos modestos. “Um AHE também pode ser encontrado em materiais onde a estrutura eletrônica possui características especiais conhecidas como características topológicas, "disse Ghimire." A configuração dos átomos na rede cria simetrias no material que levam à criação de bandas topológicas - regiões de energia que os elétrons habitam. São essas bandas, em certas configurações, que pode levar a um AHE excepcionalmente grande. "
Com base em cálculos e medições, Ghimire e seus colegas sugerem que CoNb 3 S 6 contém essas bandas topológicas.
"As características topológicas surgem de uma combinação da simetria do material, bem como a concentração correta de elétrons para colocar essas características topológicas no nível de Fermi, que é o maior estado de energia eletrônica disponível na temperatura zero, "observou John Mitchell, diretor interino da divisão de Ciência de Materiais da Argonne e co-autor do estudo.
"Apenas um punhado de materiais até agora mostraram ter os pontos topológicos característicos necessários perto do nível de Fermi, "Mitchell disse." Para descobrir mais, é necessário um entendimento da física e da química dos materiais em jogo. "
A descoberta pode abrir caminho para avanços futuros em uma ampla classe de materiais, de acordo com Mitchell. "Agora temos uma regra de design para fazer materiais que demonstrem essas propriedades, "disse ele." CoNb 3 S 6 é um membro de uma grande classe de materiais bidimensionais em camadas e, portanto, isso pode abrir a porta para um grande espaço de nova matéria topológica. "
