(Phys.org) - Pesquisadores da Universidade de Maryland e do NIST Center for Nanoscale Science and Technology pela primeira vez demonstraram experimentalmente a condução de carga apenas na superfície em um isolador topológico [1], e explicaram teoricamente a condução utilizando técnicas previamente aplicadas com sucesso ao entendimento do grafeno [2].
A equipe de pesquisa descobriu que o fino Bi 2 Se 3 os cristais estudados têm propriedades magneto-eletrônicas incomuns que devem permitir que tais isolantes topológicos sejam usados em novos tipos de dispositivos, incluindo transistores de alto desempenho, sensores magnéticos, e detectores ópticos.
Um isolante topológico é um tipo incomum de material tridimensional teoricamente previsto para transportar carga elétrica apenas em uma fronteira bidimensional.
Como verificado recentemente por experimento, isoladores topológicos se comportam como isolantes elétricos em seu interior, mas conduzem elétrons em sua superfície.
Isoladores topológicos também foram previstos para ter uma estrutura de banda eletrônica do tipo Dirac incomum (compartilhada pelo grafeno), onde a energia do elétron tem uma dependência linear do momento, como visto em fótons.
Medindo diretamente o transporte de carga na superfície de cristais Bi2Se3 finos, os pesquisadores mostraram que o comportamento na superfície é consistente com uma banda de Dirac na qual os elétrons estão interagindo fracamente e desordenados.
Essas características da banda de Dirac implicam que, ao contrário do grafeno, os elétrons condutores na superfície dos isoladores topológicos têm um acoplamento único entre seus spins e cargas.
Este acoplamento pode dar origem a novos tipos de dispositivos de estado sólido, incluindo componentes magnéticos menores cuja lógica pode ser comutada usando correntes de spin em nanoescala.
