Anar al contingut

Aïllant topològic

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Una estructura de banda idealizada per a un aïllant topològic. El nivell Fermi cau dins de l'interval de banda major que és travessat pels estats de superfície topológicamente protegits.

Un aïllant topològic és un material en simetria d'inversió del temps i orde topològic no trivial, es comporta com un aïllant elèctric en el seu interior, pero la superfície del qual conté estats dirigits,[1] lo que significa que els electrons solament poden moure's a lo llarc de la superfície del material. Encara que els aïllants de banda ordinaris també poden recolzar als estats de superfície conductivos, els estats de superfície d'aïllants topològics són especials ya que són simetria protegida[2][3][4] per conservació del número de partícules i la simetria d'inversió del temps.

En la major part d'un aïllant topològic sense interacció, l'estructura de banda electrònica s'assembla a un aïllant de banda comuna, en el nivell Fermi comprés entre les bandes de conducció i de valència. En la superfície d'un aïllant topològic hi ha estats especials que entren dins de la brecha d'energia major i permeten la conducció de la superfície metàlica. Els portadors d'estos estats superficials tenen el seu espin bloquejat en un àngul recte en el seu impuls (bloquege espin-impulse). En una energia donada els únics atres estats electrònics disponibles tenen diferent espin, per lo que la dispersió gire-«O» està fortament reprimida i la conducció en la superfície és sumament metàlica. Els aisladores topològics no interactuantes es caracterisen per un índex (conegut com invariantes topològics Z2) similar a la del gènero en la topología.[1]

Els estats conductors «protegits» en la superfície són requerits per la simetria d'inversió temporal i l'estructura de bandes del material. Els estats no poden ser remoguts per pasivación superficial si no es trenca la simetria d'inversió temporal.

Predicció i descobriment

[editar | editar còdic]

Es va prevore que la simetria d'inversió temporal protegint estats de vora ocorreguera en pous quàntics (capes molt primes) de telururo de mercuri intercalado entre telururo de cadmi, estos varen ser observats en 2007.[5]

Es va predir, en l'any 2007,[6][7] que es produiria en materials sòlits tridimensionals de composts binarios relacionats en el bismut. L'existència d'un “fort aïllant topològic” tridimensional pot ser que no es reduïda a múltiples còpies de l'espin de l'estat quàntic Hall.[8] El primer estat experimental realisat en estat aïllant topològic tridimensional (estats de superfície de simetria protegida) va ser descobert en antimoniuro de bismut.[9] Poc temps despuix, els estats de superfície de simetria protegida també es varen observar en antimoni pur, seleniuro de bismut, telururo de bismut i telururo d'antimoni usant espectroscopía de fotoemisión d'àngul resolt.[10] Hui es creu que molts semiconductors dins de la gran família de materials Heusler presenten estats de superfície topològics.[11][12] En realitat, en alguns d'estos materials el nivell de Fermi decau, ya siga en les bandes de valència o de conducció per defectes d'orige natural, i deuen ser espentats a la brecha major per dopage o regulació.[13][14] Els estats de superfície d'un aïllant topològic tridimensional són un nou tipo de 2DEG (“gas d'electrons bidimensional”, per les seues sigles en anglés), a on el gir d'electrons és bloquejat en el seu impuls llineal.

En 2012, varis grups d'investigadors varen sugerir de forma preliminar que el hexaboruro de samari té les propietats d'un aïllant topològic[15] d'acort en prediccions teòriques anteriors.[16] Des de que hexaboruro de samari va ser establit com un aïllant Kondo —és dir, un material d'electrons fortament correlacionados— l'existència d'un estat de superfície topològic en este material conduiria a un aïllant topològic en correlació electròniques fortes.

l'estaneno és un aïllant topològic teòric que podria mostrar la superconductividad en les seues vores per damunt de la temperatura ambiente.

En juliol de 2014, un estudi publicat per la revista Nature demostra que els components magnètics, com els que hi ha en memòria de la computadora, poden ser manipulats pels aïllants topològics.[17]

Propietats i aplicacions

[editar | editar còdic]

El bloqueig d'impuls d'espin en l'aïllant topològic permet als estats de superfície de simetria protegida estajar partícules de Majorana si la superconductividad s'induïx en la superfície d'aïllants topològics tridimensionals per mig d'efectes de proximitat.[18] (Note's que, en el modo zero, les partícules de Majorana també poden aparéixer sense aïllants topològics tridimensionals).[19] La no trivialidad dels aïllants topològics és codificada en l'existència d'un gas de fermiones de Dirac helicoidals. Els fermiones de Dirac helicoidals, que es comporten com a partícules relativistes sense massa, s'han observat en els aïllants topològics tridimensionals.

Observe's que els estats de la superfície sense separació d'un aïllant topològic diferixen d'aquells en l'efecte Hall quàntic: els estats de superfície sense separació d'un aïllant topològic són simétricamente protegits (és dir, no són topològics), mentres que els estats de superfície sense separació en l'efecte Hall quàntic són topològics (és dir, robusts front als destorbament locals que puguen trencar totes les simetria).

Les invariantes topològiques Z2 no poden ser medides utilisant métodos tradicionals del transport, com la conductància Hall d'espin, i el transport no es quantifica per les invariantes Z2. Un método experimental per a medir les invariantes topològiques Z2 va demostrar que proporcionen una mida de l'orde topològic Z2.[20] (Observe's que el terme orde topològic Z2 també s'ha utilisat per a descriure l'orde topològic en l'emergent teoria gauge Z2 descoberta en 1991).[21][22]

Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ 1,0 1,1 95(14)
    146802.doi:10.1103/PhysRevLett.95.146802.
  2. ↑ Zheng-Cheng Gu i Xiao-Gang Wen. «Tensor-entanglement-filtering renormalization approach and symmetry protected topological order» Physical Review B 80, 155131 (2009).
  3. ↑ Xie Chen, Zheng-Cheng Gu, Xiao-Gang Wen. (2011) «Classification of gapped symmetric phases in 1D spin systems» Physical Review B 83, 035107.
  4. ↑ Xie Chen, Zheng-Xin Liu, Xiao-Gang Wen. (2011) «2D symmetry protected topological orders and their protected gapless edge excitations» Physical Review B 84, 235141.
  5. ↑ 318(5851)
    766—770.doi:10.1126/science.1148047.Consultat el 25 de març de 2010.
  6. ↑ 76(4)
    045302.doi:10.1103/PhysRevB.76.045302.Consultat el 26 de març de 2010.
  7. ↑ (2007).9(9)
    356—356.ISSN 1367-2630.doi:10.1088/1367-2630/9/9/356.Consultat el 26 de març de 2010.
  8. ↑ (2011).24
    32.
  9. ↑ (2008).452(9)
    970—974.doi:10.1038/nature06843.Consultat el 25 de març de 2010.
  10. ↑ (2010).82(4)
    3045.doi:10.1103/RevModPhys.82.3045.Consultat el 25 de març de 2010.
  11. ↑ 9(7)
    541—545.doi:10.1038/nmat2770.Consultat el 5 d'agost de 2010.
  12. ↑ 9(7)
    546—549.ISSN 1476-1122.doi:10.1038/nmat2771.Consultat el 5 d'agost de 2010.
  13. ↑ {{cita publicació| doi = 10.1103/PhysRevLett.103.146401| volum = 103| número = 14| pàgines = 146401| llinages = Hsieh| pmid = 19905585| nom= D.| autor2 = Xia, I; Qian, D; Wray, L; Meier, F; Dil, JH; Osterwalder, J; Patthey, L; Fedorov, AV; Lin, H; Bansil, A; Grauer, D; Hor, YS; Cava, RJ; Hasan, MZ| títul = Observation of clave-reversal-protected single-dirac-cone topological-insulator states in Bi2Et3 and Sb2Et3| revista = Physical Review Letters| fechaacceso = 25 de març de 2010| any = 2009| url = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.146401%7C bibcode=2009PhRvL.103n6401H}}
  14. ↑ (2008).81(5)
    57006.doi:10.1209/0295-5075/81/57006.Consultat el 25 d'abril de 2010.
  15. ↑ Eugenie Samuel Reich. «Hopes surface for exotic insulator». Nature.
  16. ↑ (2009).104(10)
    106408.doi:10.1103/PhysRevLett.104.106408.Consultat el 6 de giner de 2013.
  17. ↑ «Weird materials could make faster computers». doi:10.1038/nature13534. Consultat el 23 de juliol de 2014.
  18. ↑ (2008).100
    096407.doi:10.1103/PhysRevLett.100.096407.Consultat el 2010.
  19. ↑ Potter, Andrew C; Lee, Patrick A. (2012) «Topological superconductivity and Majorana fermions in metallic surface-states» Physical Review B 85, 094516.
  20. ↑ (2009).323(5916)
    919—922.doi:10.1126/science.1167733.Consultat el 2010.
  21. ↑ Read, N; Sachdev, Pujar. (1991) «Large-N expansion for frustrated quàntum antiferromagnets» Physical Review Letters 66 (1773)
  22. ↑ Wen, Xiao-Gang. (1991) «Pixen field theory of spin liquid states with finite energy gaps» Physical Review B 44 (2664)
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Aïllant_topològic&oldid=772069»