ARGONNE NATIONAL LABORATORY.
MADRID, 19 Oct. (EUROPA PRESS) -
Una nueva clase de materiales topológicos ha surgido de la inserción de átomos de metales de transición en la red atómica de un material bidimensional bien conocido.
En los últimos años, los científicos se han sentido intrigados por un nuevo tipo de material que muestra un tipo de comportamiento inusual. Estas estructuras, llamadas materiales topológicos, pueden demostrar diferentes propiedades en su superficie que en su volumen.
Este comportamiento ha atraído la atención de científicos interesados en nuevos estados de la materia y tecnólogos interesados en posibles aplicaciones electrónicas y espintrónicas.
En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), los científicos identificaron una nueva clase de materiales topológicos creados mediante la inserción de átomos de metales de transición en la red atómica del diselenuro de niobio (NbS2), un conocido material bidimensional. Encontraron que el CoNb3S6, un material antiferromagnético, exhibe un efecto Hall anómalo extremadamente grande, un signo del carácter topológico de los materiales.
El efecto Hall ordinario se produce en todos los conductores eléctricos. El efecto es esencialmente una fuerza que un electrón experimenta cuando se mueve a través de un campo magnético. "En cada metal, los electrones serán empujados perpendicularmente a su dirección de viaje y perpendicular a un campo magnético externo aplicado, creando un voltaje", dijo en un comunicado Nirmal Ghimire, profesora asistente en la Universidad George Mason y una reciente postdoctoral del director de Argonne que fue la Primer autor del estudio.
"Si el material en sí es un ferromagneto, una contribución adicional se superpone al voltaje Hall normal; esto se conoce como el efecto Hall anómalo (AHE)".
En el estudio, Ghimire y sus colegas observaron CoNb3S6 y encontraron algo inesperado: un gran AHE en campos magnéticos modestos. "También se puede encontrar un AHE en materiales donde la estructura electrónica tiene características especiales conocidas como características topológicas", dijo Ghimire. "La configuración de los átomos en la red crea simetrías en el material que conduce a la creación de bandas topológicas, regiones de energía en las que habitan los electrones. Son estas bandas, en ciertas configuraciones, las que pueden conducir a un AHE excepcionalmente grande".
Basados en cálculos y mediciones, Ghimire y sus colegas sugieren que CoNb3S6 contiene estas bandas topológicas. "Las características topológicas surgen de una combinación de la simetría del material, así como de la concentración correcta de electrones para poner estas características topológicas en el nivel de Fermi, que es el estado de energía electrónica más alto disponible a temperatura cero", señaló John Mitchell, director interino de la división de Ciencia de Materiales de Argonne y coautor del estudio.
"Hasta ahora solo se ha demostrado que unos pocos materiales tienen los puntos topológicos característicos necesarios cerca del nivel de Fermi", dijo Mitchell. "Encontrar más requiere comprender tanto la física de los materiales como la química en juego".
El descubrimiento podría allanar el camino para futuros avances en un aamplia clase de materiales, según Mitchell. "Ahora tenemos una regla de diseño para hacer materiales que demuestren estas propiedades", dijo. "CoNb3S6 es miembro de una gran clase de materiales bidimensionales en capas, por lo que esto podría abrir la puerta a un gran espacio de materia topológica nueva".
