Isoladores topológicos são materiais inovadores que conduzem eletricidade na superfície, mas atuam como isolantes no interior. Físicos da Universidade de Basel e da Universidade Técnica de Istambul começaram a investigar como eles reagem ao atrito. Seu experimento mostra que o calor gerado pelo atrito é significativamente menor do que em materiais convencionais. Isso se deve a um novo mecanismo quântico, os pesquisadores relatam na revista científica Materiais da Natureza .

Graças às suas propriedades elétricas únicas, isoladores topológicos prometem muitas inovações nas indústrias de eletrônicos e informática, bem como no desenvolvimento de computadores quânticos. A fina camada superficial pode conduzir eletricidade quase sem resistência, resultando em menos calor do que os materiais tradicionais. Isso os torna de particular interesse para componentes eletrônicos.

Além disso, em isoladores topológicos, o atrito eletrônico, ou seja, a conversão de energia elétrica em calor mediada por elétrons - pode ser reduzida e controlada. Pesquisadores da Universidade de Basel, o Swiss Nanoscience Institute (SNI) e a Istanbul Technical University agora foram capazes de verificar experimentalmente e demonstrar exatamente como se comporta a transição da energia para o calor através do atrito - um processo conhecido como dissipação.

Medindo o atrito com um pêndulo

A equipe chefiada pelo professor Ernst Meyer no Departamento de Física da Universidade de Basel investigou os efeitos do atrito na superfície de um isolador topológico de telureto de bismuto. Os cientistas usaram um microscópio de força atômica em modo de pêndulo. Aqui, a ponta condutiva do microscópio feita de ouro oscila para frente e para trás logo acima da superfície bidimensional do isolador topológico. Quando uma tensão é aplicada à ponta do microscópio, o movimento do pêndulo induz uma pequena corrente elétrica na superfície.

Em materiais convencionais, parte dessa energia elétrica é convertida em calor por meio do atrito. O resultado na superfície condutora do isolador topológico parece muito diferente:a perda de energia através da conversão em calor é significativamente reduzida.

"Nossas medições mostram claramente que em certas tensões não há virtualmente nenhuma geração de calor causada pelo atrito eletrônico, "explica o Dr. Dilek Yildiz, que realizou este trabalho dentro do SNI Ph.D. Escola.

Um novo mecanismo

Os pesquisadores também foram capazes de observar pela primeira vez um novo mecanismo de dissipação mecânica quântica que ocorre apenas em certas tensões. Sob estas condições, os elétrons migram da ponta através de um estado intermediário para o material - semelhante ao efeito de tunelamento em microscópios de varredura por tunelamento. Ao regular a tensão, os cientistas foram capazes de influenciar a dissipação. “Essas medições confirmam o grande potencial dos isolantes topológicos, uma vez que o atrito eletrônico pode ser controlado de forma direcionada, "acrescenta Meyer.