Esquerda:Estrutura atômica da monocamada V2 MX4 . À direita:estrutura eletrônica com estado de borda quiral topológico da monocamada V2 WS4 (por Yadong Jiang). Crédito:Adaptado de Cartas de Revisão Física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.106602 Nos últimos anos, físicos e cientistas de materiais identificaram vários novos materiais marcados por propriedades interessantes e efeitos quânticos. Esses materiais podem ser altamente valiosos tanto como plataformas para estudar efeitos quânticos quanto para o desenvolvimento de novos dispositivos de computação quântica.
Uma classe de materiais que atraiu atenção especial são os isoladores Hall anômalos quânticos. Esses materiais possuem propriedades interessantes que lhes permitem conduzir eletricidade de forma altamente controlada e eficiente, potencializando efeitos da mecânica quântica e magnetismo.
Pesquisadores da Universidade Fudan, na China, têm tentado recentemente identificar novos e promissores isoladores Hall anômalos quânticos. Seu último artigo, publicado em Physical Review Letters , descreve as características únicas da monocamada V2 MX4 , que poderia pertencer a uma nova família de isoladores Hall anômalos quânticos.
"Encontrar materiais Hall anômalos quânticos intrínsecos é um objetivo importante na pesquisa de materiais topológicos", disse Jing Wang, co-autor do artigo, ao Phys.org. "Depois de prevermos MnBi2 Te4 , um exemplo paradigmático de isolante topológico magnético e exibindo efeito Hall anômalo quântico em camada ímpar, temos pensado em encontrar um novo isolador Hall anômalo quântico intrínseco com grande lacuna.
Os materiais isolantes Hall anômalos quânticos de grande lacuna exibem um efeito Hall anômalo quântico com uma lacuna de energia relativamente grande entre a banda de valência e a banda de condução. Estes materiais devem exibir uma sinergia entre duas propriedades aparentemente conflitantes, nomeadamente o acoplamento spin-órbita e o ferromagnetismo.
“A chave está enraizada nos orbitais d, nos quais coexistem a topologia e o magnetismo”, disse Wang. "Em nossos trabalhos anteriores, apresentamos inicialmente ATiX, uma classe de materiais Hall anômalos quânticos caracterizados pelo grupo espacial P4/nmm", disse Wang. "A análise de simetria em P4/nmm nos levou a identificar V2 MX4 materiais do grupo espacial P-42m."
V2 MX4 , a nova família de materiais identificada por Wang e seus colaboradores poderia ser sintetizada usando processos que têm sido amplamente empregados para sintetizar compostos com estruturas semelhantes, como Cu2 MX4 e Ag2 MX4 . Esta nova família de materiais inclui um total de 10 materiais com band gaps topológicos não triviais e propriedades semelhantes, seis dos quais foram teoricamente comprovados como exibindo estabilidade dinâmica e termodinâmica.
“A abundância de candidatos sublinha a universalidade desta estrutura, aumentando as perspectivas de síntese”, explicou Wang. "Em termos de desempenho, achamos que uma descrição adequada de V2 MX4 a família é 'simples, mas poderosa'. A regra direta de Hund fornece altas temperaturas de Curie (variando de 200 a 500 K). A inversão de banda no ponto Gamma produz um grande gap topológico não trivial (variando de 100 a 300 meV)."
Os cálculos numéricos e simulações realizadas por Wang e seus colegas sugerem que V2 MX4 os materiais têm propriedades topológicas ricas. Eles são isoladores Hall anômalos quânticos em sua camada ímpar, isoladores axônicos em sua camada par, isoladores topológicos antiferromagnéticos em seu estado fundamental 3D e isoladores Hall anômalos quânticos 3D em seu estado ferromagnético de 3D.
Os pesquisadores começaram agora a colaborar com uma equipe de físicos experimentais para sintetizar V2 MX4 em ambientes laboratoriais. Seu trabalho poderia abrir caminho para a identificação de outros isoladores Hall anômalos quânticos promissores, o que poderia ter implicações interessantes para a pesquisa em física quântica e o desenvolvimento da tecnologia quântica.
"V2 MX4 se destaca como um dos candidatos mais competitivos para isolador Hall anômalo quântico de alta temperatura com grandes lacunas", acrescentou Wang. "Se realizado experimentalmente, poderia promover enormemente a pesquisa e aplicação da física quântica topológica. Um objetivo importante para nossa próxima pesquisa será encontrar novos materiais isolantes topológicos intrínsecos e, simultaneamente, colaborar com grupos experimentais para fabricar V2 MX4 ."
