Físicos demonstram anomalia de paridade em um isolante topológico
Esquema do dispositivo utilizado no experimento. O efeito Hall quântico reentrante, onde a resistência elétrica vai e volta quando o campo magnético aumenta, é uma assinatura da anomalia de paridade. Crédito:Li-Xian Wang / Universität Würzburg Físicos experimentais e teóricos do Instituto de Isoladores Topológicos de Würzburg observaram um efeito Hall quântico reentrante em um dispositivo de telureto de mercúrio e o identificaram como uma assinatura de anomalia de paridade.
Isoladores topológicos são materiais que podem conduzir eletricidade, mas apenas em suas superfícies ou bordas. Nenhuma corrente flui dentro deles. Eles são objeto de intensa pesquisa em todo o mundo porque possuem propriedades eletrônicas únicas que poderiam melhorar a eficiência dos computadores quânticos, por exemplo, e ser usados para outras tecnologias, como a criptografia e a transmissão segura de dados.
Pesquisadores do Instituto de Isoladores Topológicos e do Instituto de Física Teórica e Astronomia da Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) apresentam agora um efeito Hall quântico incomum que foi observado em um dispositivo microscópico feito do material isolante topológico telureto de mercúrio (HgTe) . Suas descobertas foram publicadas na revista Advanced Science .
Observação experimental clara
No dispositivo de telureto de mercúrio, os elétrons nas superfícies superior e inferior se comportam como partículas relativísticas de Dirac. Conforme previsto, mas não verificado experimentalmente pela física de partículas, as partículas de Dirac deveriam estar sujeitas à chamada anomalia de paridade. Em experimentos de estado sólido, a anomalia de paridade leva a um efeito denominado assimetria espectral, que pode ser medido como uma mudança incomum na resistência elétrica.
"A anomalia de paridade foi prevista para ocorrer em materiais de estado sólido desde a década de 1980. Uma proposta teórica famosa é o modelo proposto por Haldane (Prêmio Nobel de Física em 2016). Identificamos outra consequência da anomalia de paridade que é a primeira um a ser verificado experimentalmente", diz a professora Ewelina Hankiewicz.
O efeito não é específico apenas do telureto de mercúrio
Os físicos da JMU realizaram esta física bidimensional de Dirac em uma única superfície do isolador topológico tridimensional. "Observamos um efeito Hall quântico reentrante não convencional que pode estar diretamente relacionado à ocorrência de assimetria espectral em um único estado de superfície topológica. O efeito é genérico para qualquer isolante topológico, não específico apenas para telureto de mercúrio. A universalidade do resultado é o que o torna tão emocionante", diz o Dr. Wouter Beugeling.
Dois desafios tiveram que ser superados para concretizar essas novas descobertas. Primeiro, a assinatura da assimetria espectral teve que ser identificada entre as demais características da resistência elétrica medida. Em segundo lugar, o dispositivo tinha de ser controlado de tal forma que os efeitos das duas superfícies não se cancelassem.
Alto nível de controle permite explorações adicionais
“Esta observação mostra que o alto nível de controle que temos neste dispositivo nos permite explorar muitos aspectos mais interessantes da física dos isoladores topológicos do que antes”, diz o professor Laurens Molenkamp.
Um fator chave para alcançar a precisão experimental necessária para esta observação foi a alta qualidade do material HgTe, que foi produzido na instalação de epitaxia por feixe molecular do Instituto de Física de Würzburg. A epitaxia por feixe molecular (MBE) é uma técnica para produzir camadas finas de material com propriedades eletrônicas, ópticas e magnéticas personalizadas. Com o MBE, as estruturas de camadas podem ser construídas com precisão, camada por camada de átomos.
