Novas pesquisas sobre fases topológicas da matéria podem estimular avanços em dispositivos quânticos inovadores. Conforme descrito em um novo artigo publicado na revista Nature Communications , uma equipe de pesquisa incluindo cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos usou uma nova abordagem de engenharia de deformação para converter o material pentatelureto de háfnio (HfTe₅ ) para uma forte fase isolante topológica, aumentando sua resistência elétrica em massa e diminuindo-a na superfície, uma chave para desbloquear seu potencial quântico.



"Estou entusiasmado que nossa equipe tenha conseguido mostrar que os evasivos e muito procurados estados topológicos da superfície podem ser transformados em uma via de condução elétrica predominante", disse Michael Pettes, cientista do Centro de Nanotecnologias Integradas (CINT) no Laboratório.

"Isso é promissor para o desenvolvimento de tipos de dispositivos optoeletrônicos quânticos, detectores de matéria escura e dispositivos topologicamente protegidos, como computadores quânticos. E a metodologia que demonstramos é compatível para experimentação em outros materiais quânticos."

Abordagem de engenharia de deformação produz resultados

Na Universidade da Califórnia, Irvine, membros da equipe de pesquisa cultivaram o HfTe₅ cristais e empregou uma abordagem de engenharia de deformação - aplicando força mecânica ao material - em temperaturas criogênicas de 1,5 Kelvin, ou aproximadamente 457 graus Fahrenheit negativos.

No laboratório CINT de Pettes em Los Alamos, as amostras foram submetidas a espectroscopia óptica para obter imagens da amostra em nível submícron. Os pesquisadores do CINT realizaram então espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo na Universidade do Tennessee, ajudando a iluminar os efeitos da engenharia de deformação.

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A equipe de pesquisa percebeu que a engenharia de deformação mudou o comportamento do HfTe₅ , transformando-o de um isolante topológico fraco em um isolante topológico forte. Ou seja, a resistividade elétrica em massa do material, ou resistência à passagem da corrente elétrica, aumentou em mais de três ordens de grandeza.

O material também viu seus estados topológicos de superfície dominarem o transporte eletrônico. Essas propriedades poderiam tornar HfTe₅ bem adequado para dispositivos quânticos. Os resultados promissores também são um bom presságio para estender a abordagem de engenharia de deformação ao estudo de transições de fase topológicas em materiais e heteroestruturas de van der Waals, estruturas semelhantes a treliças caracterizadas por uma ligação forte no plano e uma ligação fora do plano fraca entre os átomos ou moléculas, como as páginas de um livro.

Quando estudada com um campo magnético elevado, a propriedade topológica recentemente descoberta pode ajudar a descobrir fenómenos relacionados com a física exótica, como anomalias quânticas, a inexplicável quebra de simetria na física. Novos experimentos sendo conduzidos no Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético de Los Alamos – Instalação de Campo Pulsado, sujeito HfTe₅ para se esforçar sob campos magnéticos ultra-altos de até 65 Tesla.

Mais informações: Jinyu Liu et al, Transição de fase topológica controlada por deformação controlável e transporte de estado de superfície dominante em HfTe5, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44547-7
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pelo Laboratório Nacional de Los Alamos