Certos materiais, como cobre, conduza eletricidade muito bem. Outros materiais, como vidro, não. Um certo tipo de material, chamado de isolante topológico, age parcialmente como um e parcialmente como o outro - ele se comporta como um condutor em sua superfície e um isolante em seu interior.

Por causa das propriedades eletrônicas exclusivas dos isoladores topológicos e seu uso potencial em dispositivos spintrônicos e até mesmo concebivelmente como transistores para computadores quânticos, cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão interessados ​​em investigar a relação especial entre duas propriedades dos elétrons de superfície condutores desses materiais.

Em isoladores topológicos, o spin e o momento de cada elétrons da superfície estão tão intimamente ligados que, na linguagem científica, eles estão presos um ao outro. "O bloqueio do spin-momentum é como ter uma bola de basquete que deve girar em uma direção específica, dependendo de sua trajetória na quadra, "disse o cientista de materiais de Argonne, Olle Heinonen." Como um elétron também carrega um momento magnético, você pode usar o bloqueio do momento de rotação para manipular os sistemas magnéticos de maneira muito eficiente. "

A estrutura eletrônica dos isoladores topológicos, incluindo as especificações do bloqueio do momento de rotação, pode ser refletido no comportamento de transporte de elétrons nos materiais. Para explorar o novo comportamento dos elétrons nos materiais topológicos, Cientistas de Argonne trabalharam com cientistas da Universidade Nacional de Cingapura, que realizou um experimento de transporte que forneceu uma nova perspectiva da estrutura eletrônica protegida topologicamente.

Heinonen e o ex-pesquisador de pós-doutorado de Argonne, Shulei Zhang, descreveram como, no experimento de transporte, um campo magnético aplicado no plano de uma película fina de um isolador topológico pode criar uma tensão na direção perpendicular à corrente elétrica aplicada - um fenômeno chamado Hall planar não linear efeito. Variando a direção e intensidade do campo magnético, os pesquisadores de Argonne e seus colegas puderam verificar, a partir das informações de resistência resultantes, como os elétrons são distribuídos em termos de seus momentos e spin.

"Se você souber como os campos magnéticos aplicados em diferentes direções afetariam a corrente Hall não linear medida, você pode usar nosso modelo teórico para mapear como os momentos e spins dos elétrons são distribuídos, "Zhang disse." Então, por causa da maneira como podemos ver mais precisamente como os campos eletromagnéticos interagem com os elétrons de condução da superfície, podemos obter informações muito mais detalhadas da estrutura eletrônica de superfície de isoladores topológicos. "

O vínculo entre o efeito Hall planar não linear e os estados da superfície topológica com bloqueio de momento de rotação é, de acordo com Heinonen, uma "relação macroscópica-microscópica".

"Isso realmente nos dá uma olhada nos bastidores, " ele disse.

Um artigo baseado no estudo, "Efeito hall planar não linear, "apareceu na edição online de 1º de julho de Cartas de revisão física .