Crédito:FLEET
Uma colaboração entre três nós FLEET revisou as teorias fundamentais que sustentam o efeito Hall anômalo quântico (QAHE).
QAHE é uma das descobertas recentes mais fascinantes e importantes da física da matéria condensada.
É a chave para a função de materiais quânticos emergentes, que oferecem potencial para eletrônicos de ultra-baixa energia.
O QAHE causa o fluxo de corrente elétrica de resistência zero ao longo das bordas de um material.
QAHE em materiais topológicos:a chave para a eletrônica de baixa energia
Isoladores topológicos, reconhecido pelo Prêmio Nobel de Física em 2016, baseiam-se em um efeito quântico conhecido como efeito Hall anômalo quântico (QAHE).
"Isoladores topológicos conduzem eletricidade apenas ao longo de suas bordas, onde caminhos de borda unilateral conduzem elétrons sem o espalhamento que causa dissipação e calor em materiais convencionais, "explica o autor principal Muhammad Nadeem.
O QAHE foi proposto pela primeira vez pelo ganhador do Nobel de 2016, Prof Duncan Haldane (Manchester) na década de 1980, mas subsequentemente provou ser um desafio realizar o QAHE em materiais reais. Isoladores topológicos dopados magnéticos e semicondutores spin-gapless são os dois melhores candidatos para QAHE.
O efeito Hall quântico (QHE) é uma versão mecânica quântica do efeito Hall, em que uma pequena diferença de tensão é criada perpendicular a um fluxo de corrente por um campo magnético aplicado.
O efeito Hall quântico é observado em sistemas 2-D em baixas temperaturas dentro de campos magnéticos muito fortes, em que a resistência Hall sofre transições quânticas - ou seja, varia em etapas discretas, em vez de suavemente.
QAHE descreve uma quantização inesperada da resistência transversal Hall, acompanhada por uma queda considerável na resistência longitudinal.
QAHE é referido como anômalo porque ocorre na ausência de qualquer campo magnético aplicado, com a força motriz fornecida por um acoplamento spin-órbita ou magnetização intrínseca.
Os pesquisadores buscam aprimorar esses dois fatores impulsionadores a fim de fortalecer o QAHE, permitindo a eletrônica topológica que seria viável para operação em temperatura ambiente.
É uma área de grande interesse para tecnólogos, "explica Xiaolin Wang." Eles estão interessados em usar essa redução significativa na resistência para reduzir significativamente o consumo de energia em dispositivos eletrônicos. "
"Esperamos que este estudo esclareça as perspectivas teóricas fundamentais de materiais Hall anômalos quânticos, "diz o coautor Prof Michael Fuhrer (Monash University), quem é Diretor da FLEET.
O estudo
O colaborativo, estudo teórico concentra-se nestes dois mecanismos:
Quatro modelos foram revisados que poderiam aumentar esses dois efeitos, e assim melhorar o QAHE, permitindo que isoladores topológicos e materiais de zero gap totalmente polarizados de spin (semicondutores spin gapless) funcionem em temperaturas mais altas.
"Entre os vários materiais candidatos para QAHE, semicondutores spin-gapless podem ser de interesse potencial para futuras aplicações de eletrônica topológica / spintrônica, "explica Muhammad Nadeem.
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Insulators e Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors - A Perspective Review foi publicada na revista Pequena em setembro de 2020.
