Topología de los materiales aislantes
Los aislantes topológicos son materiales que son aislantes eléctricos en forma masiva pero conducen electricidad por su superficie, propiedad que no se observa en los aislantes ordinarios Las dos fases distintas de la materia coexisten en elementos pesados como el bismuto y el antimonio, que tienen las llaves de futuras aplicaciones en espintrónica y otras formas de electrónica. La mayoría de los análisis de estos materiales se han basado en modelos muy simplificados en los cuales los electrones del interior del sólido se habían tratado como si no interactuasen entre sí. Los investigadores del proyecto «Quantum entanglement and topological phases of matter» (QETPM) realizaron un análisis más detallado. La estructura interna de los aislantes topológicos se aproximó mediante un sistema de partículas cuánticas que interactúan sobre una red en presencia de campos magnéticos. Estos sistemas se realizan experimentalmente mediante átomos ultrafríos, pero para los investigadores de QETPM ofrecían la descripción teórica más adecuada para los aislantes topológicos. En el proyecto se realizaron experimentos teóricos con el fin de establecer la relación entre los estados básicos de este problema llamado de Hofstadter y los aislantes topológicos. El equipo también examinó si las mismas reglas que controlan la formación de estados Hall cuánticos para múltiples sistemas de redes interactuando también se aplican a los sistemas de superconductores acoplados. A temperaturas muy bajas y en presencia de un campo magnético intenso, láminas delgadas de materiales semiconductores presentan el fenómeno conocido como efecto Hall cuántico. Este mismo estado, en el cual los electrones fluyen sin pérdidas de energía, también se puede lograr en los aislantes topológicos recién descubiertos. Los investigadores de QETPM hallaron una amplia gama de estados Hall cuánticos formados en sistemas de redes con distintas interacciones entre capas y dentro de las capas. Además, determinaron el espectro de excitación de estos sistemas multicapa y predijeron los nuevos órdenes topológicos. Se han hallado distintas fases de la materia que se distinguen por sus estructuras internas, que los científicos llaman órdenes. Se espera que los nuevos órdenes topológicos hallados en el proyecto QETPM amplíen y profundicen nuestro conocimiento de las fases conocidas de la materia. También nos pueden guiar hacia nuevas fases de la materia y explicar exactamente cómo un material normal puede convertirse en un aislante topológico.
Palabras clave
Aislantes topológicos, fases de la materia, aislantes eléctricos, espintrónica, entrelazamiento cuántico
