Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA descobriram que a aplicação de movimento vibracional de uma maneira periódica pode ser a chave para evitar dissipações dos estados de elétrons desejados que tornariam possível a computação quântica avançada e a spintrônica.

Alguns materiais topológicos são isolantes em sua forma volumosa, mas possuem comportamento condutor de elétrons em suas superfícies. Embora as diferenças no comportamento desses elétrons de superfície sejam o que torna esses materiais tão promissores para aplicações tecnológicas, também apresenta um desafio:as interações não controladas entre os elétrons da superfície e os estados do material a granel podem fazer com que os elétrons se espalhem fora de ordem, levando à chamada "quebra topológica". Eles não são protegidos por nenhuma simetria "espontânea".

"Isoladores topológicos que podem sustentar uma corrente persistente bloqueada por spin em suas superfícies que não decai são chamados de 'simetria protegida, 'e esse estado é atraente para vários conceitos de dispositivos revolucionários em computação quântica e spintrônica, "disse Jigang Wang, Físico do Ames Laboratory e professor da Iowa State University. "Mas a quebra topológica devido ao acoplamento de superfície em massa é um problema científico e de engenharia de longa data."

Wang e seus colegas pesquisadores adotaram uma abordagem paradoxal, chamada de estabilização dinâmica, aplicando um campo elétrico terahertz para conduzir vibrações atômicas periódicas, ou seja, coerência vibracional, no modelo de isolador topológico bismuto-selênio Bi ₂ Se ₃ . Essas "flutuações" extras, na verdade, aumentaram os estados topológicos protegidos, tornando as excitações eletrônicas mais duradouras.

Uma analogia de tal estabilização dinâmica é o pêndulo Kapitza acionado periodicamente, conhecido pelo Prêmio Nobel Peter Kapitza, onde um invertido, ainda estável, a orientação é alcançada impondo uma vibração de frequência suficientemente alta de seu ponto de articulação. De maneira semelhante, estabilização dinâmica adicional pode ser alcançada conduzindo movimentos quânticos periódicos da rede.

"Demonstramos a estabilização dinâmica em matéria topológica como um novo botão de ajuste universal, que pode ser usado para reforçar o transporte quântico protegido, "disse Wang, que acredita que a descoberta tem consequências de longo alcance para o uso desses materiais em muitas disciplinas científicas e tecnológicas, tais como informações quânticas tolerantes a desordem e aplicativos de comunicação e baseados em spin, eletrônica quântica lightwave.

A pesquisa é discutida posteriormente em um artigo, "Light Control of Surface-Bulk Coupling by Terahertz Vibrational Coherence in a Topological Insulator, "de autoria de X. Yang, L. Luo., C. Vaswani, X. Zhao, D. Cheng, Z. Liu, R. H. J. Kim, X. Liu, M. Dobrowolska, J. K. Furdyna, I. E. Perakis, C-Z Wang, K-M Ho e J. Wang; e publicado em npj Quantum Materials .