Un equipo de físicos liderado por Lia Krusin-Elbaum de The City College of New York ha realizado un avance significativo en la manipulación de estructuras electrónicas relativistas en un semimetal magnético de Weyl, un material topológico donde los electrones se comportan como partículas sin masa, conocidas como fermiones de Weyl. Esta investigación, publicada en la revista Nature Communications, utiliza cationes de hidrógeno (H+) para ajustar la chirality del transporte electrónico en el material MnSb₂Te₄.
Manipulación de la Chirality Electrónica
Los investigadores han descubierto que al introducir iones de hidrógeno en el semimetal, pueden «sintonizar» y mejorar la chirality del transporte electrónico. Este proceso transforma los paisajes energéticos, conocidos como nodos de Weyl, dentro del material. La capacidad de ajustar estos nodos abre la puerta a nuevas plataformas de dispositivos cuánticos que aprovechen estados topológicos emergentes para nano-spintrónica quiral y computación cuántica tolerante a fallos.
La técnica desarrollada permite sanar el desorden en los enlaces (Mn-Te) del sistema y reducir la dispersión entre nodos. En experimentos realizados en el laboratorio de Krusin, los investigadores han observado que las cargas eléctricas se mueven de manera diferente cuando el campo magnético en el plano se rota en sentido horario o antihorario, generando corrientes de baja disipación deseables. Este fenómeno se asocia con un incremento en la temperatura de Curie y una notable chirality de transporte angular, lo que se traduce en un ‘interruptor quiral’ sintonizable en campos bajos, gracias a la interacción de la curvatura de Berry topológica y la anomalía quiral.
Según Krusin-Elbaum, «el principal avance de este trabajo es ampliar el espectro de materiales cuánticos topológicos diseñados más allá del modelo de la naturaleza. Las estructuras de banda topológicas sintonizables facilitadas por el hidrógeno y otros elementos ligeros a través de vías relacionadas con defectos expanden la disponibilidad de plataformas accesibles para explorar y aprovechar fases topológicas con comportamientos macroscópicos sorprendentes».
La investigación se centra en fenómenos cuánticos novedosos, como el efecto Hall cuántico anómalo (QAH), que permite que un aislante conduzca corriente sin disipación en canales discretos en sus superficies, y la superconductividad en dos dimensiones, con el potencial de avanzar en tecnologías energéticamente eficientes. Este enfoque general podría transformar la electrónica cuántica futura gracias a los avances en los imanes topológicos intrínsecos.
El Harlem Center for Quantum Materials, asociado a esta investigación, busca resolver problemas fundamentales en sistemas de materiales funcionales que revisten una importancia científica y tecnológica vital. Esta investigación ha recibido apoyo parcial de la National Science Foundation.
