Los físicos teóricos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía utilizaron simulaciones por computadora para mostrar cómo los pulsos de luz especiales podrían crear canales robustos donde la electricidad fluye sin resistencia en un semiconductor atómicamente delgado.
Si los experimentos confirman este enfoque, podría abrir la puerta a una nueva forma de crear y controlar esta propiedad deseable en una gama de materiales más amplia que la que es posible hoy en día.
El resultado fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Durante la última década, comprender cómo crear este tipo de material exótico, conocido como "topológicamente protegido" porque sus estados de superficie son inmunes a pequeñas distorsiones ha sido un tema de investigación candente en la ciencia de los materiales. Los ejemplos más conocidosson aislantes topológicos, que conducen electricidad sin resistencia en canales confinados a lo largo de sus bordes o superficies, pero no a través de sus interiores.
Los investigadores de SLAC y de la Universidad de Stanford han estado a la vanguardia del descubrimiento de dichos materiales y la investigación de sus propiedades, que podrían tener aplicaciones futuras en circuitos y dispositivos microelectrónicos. El Premio Nobel de Física de este año fue otorgado a tres científicos que sugirieron por primera vez la posibilidad de topologíapropiedades de material protegido.
Estudios teóricos previos habían analizado cómo la luz podría inducir fenómenos topológicamente protegidos en el grafeno, una lámina de carbono puro de un solo átomo de espesor. Desafortunadamente, se necesitaría una energía e intensidad de luz prácticamente alta para inducir ese efecto en el grafeno. En este estudio, Los investigadores del SLAC se centraron en el disulfuro de tungsteno y los compuestos relacionados, que forman láminas de solo una molécula de espesor y son intrínsecamente semiconductoras.
Los investigadores simularon experimentos en los que los pulsos de luz polarizada circularmente, en el rango de longitud de onda de rojo a infrarrojo cercano, golpearon una sola capa de disulfuro de tungsteno. Los resultados mostraron que durante el tiempo que el material estaba iluminado, sus electrones se organizaron en unde manera fundamentalmente diferente del grafeno, creando nuevas rutas sin absolutamente resistencia eléctrica a lo largo de los bordes de la muestra.
Para tener en cuenta las interacciones fluctuantes entre las ondas de luz y los electrones, los investigadores emplearon un marco de referencia que varía periódicamente en el tiempo que tenía raíces que datan de la década de 1880 y el matemático francés Gaston Floquet. El enfoque mostró claramente que la luz de baja energía, aque el material parecería transparente, crearía caminos de borde sin resistencia topológicamente protegidos en la monocapa de disulfuro de tungsteno.
Además, la simulación mostró que el calentamiento no deseado del material que interrumpiría los caminos podría evitarse ajustando la energía de la luz para que sea ligeramente menor que la energía "resonante" más eficiente.
"Somos los primeros en conectar modelos de materiales de primeros principios con estados protegidos topológicamente inducidos por la luz al tiempo que mitigamos el exceso de calentamiento del material", dijo Martin Claassen, un estudiante graduado de Stanford que trabaja en SLAC y autor principal del documento técnico.
Los investigadores están en conversaciones con otros grupos de investigación que podrían conducir a experimentos que prueben sus predicciones teóricas en materiales reales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :