Cientistas do Instituto de Tecnologia de Ta³quio lançaram luz sobre a relação entre as propriedades magnanãticas de isoladores topola³gicos e sua estrutura de banda eletra´nica. Seus resultados experimentais oferecem novos insights sobre debates recentes a respeito da evolução da estrutura de banda com a temperatura nesses materiais, que exibem fena´menos qua¢nticos incomuns e são considerados cruciais na eletra´nica de próxima geração, spintra´nica e computadores qua¢nticos.

Os isoladores topola³gicos tem a propriedade peculiar de serem eletricamente condutores nasuperfÍcie, mas isolantes em seu interior. Essa caracterí­stica aparentemente simples e única permite que esses materiais hospedem uma infinidade de fena´menos qua¢nticos exa³ticos que seriam aºteis para computadores qua¢nticos, spintra´nica e sistemas optoeletra´nicos avana§ados.

Para desbloquear algumas das propriedades qua¢nticas incomuns, no entanto, énecessa¡rio induzir magnetismo em isoladores topola³gicos . Em outras palavras, algum tipo de 'ordem' em como os elanãtrons no material se alinham em relação uns aos outros precisa ser alcana§ada. Em 2017, um novo manãtodo para atingir esse feito foi proposto. Denominada 'extensão magnanãtica', a técnica envolve a inserção de uma monocamada de um material magnético na camada superior do isolador topola³gico, que contorna os problemas causados ​​por outros manãtodos dispona­veis, como dopagem com impurezas magnanãticas.

Infelizmente, o uso da extensão magnanãtica levou a questões complexas e respostas conflitantes sobre a estrutura de banda eletra´nica dos materiais resultantes, que dita os na­veis de energia possa­veis dos elanãtrons e, em última análise, determina as propriedades condutoras do material. Isoladores topola³gicos são conhecidos por exibirem o que éconhecido como cone de Dirac (DC) em sua estrutura de banda eletra´nica que se assemelha a dois cones frente a frente. Em teoria, o DC não éaberto para isoladores topola³gicos comuns, mas torna-se aberto por indução de magnetismo. No entanto, a comunidade cienta­fica não concordou sobre a correlação entre a lacuna entre as duas pontas do cone e as caracteri­sticas magnanãticas do material experimentalmente.

Em um esfora§o recente para resolver essa questão, cientistas de várias universidades e institutos de pesquisa realizaram um estudo colaborativo liderado pelo Assoc Prof Toru Hirahara da Tokyo Tech, Japa£o. Eles fabricaram estruturas topola³gicas magnanãticas depositando Mn e Te em Bi 2 Te 3 , um isolante topola³gico bem estudado . Os cientistas teorizaram que camadas extras de Mn interagiriam mais fortemente com Bi 2 Te 3 e que as propriedades magnanãticas emergentes poderiam ser atribua­das amudanças no gap DC, como Hirahara explica: "Espera¡vamos que fortes interações magnanãticas entre camadas levassem a uma situação em que o a correspondaªncia entre as propriedades magnanãticas e o gap DC foram claros em comparação com estudos anteriores. "

Ao examinar as estruturas de banda eletra´nica e as caracteri­sticas de fotoemissão das amostras, eles demonstraram como o gap DC fecha progressivamente com o aumento da temperatura. Além disso, eles analisaram a estrutura atômica de suas amostras e encontraram duas configurações possa­veis, MnBi 2 Te 4 / Bi 2 Te 3 e Mn 4 Bi 2 Te 7 / Bi 2 Te 3 , sendo a última responsável pelo gap DC.

No entanto, um achado peculiarmente intrigante foi que a temperatura na qual o gap DC fecha estãobem acima da temperatura cra­tica (TC), acima da qual os materiais perdem sua ordem magnanãtica permanente. Isso estãoem total contraste com estudos anteriores que indicaram que o gap DC ainda pode ser aberto a uma temperatura mais alta do que o TC do material sem fechar. Sobre esta nota, Hirahara comenta: "Nossos resultados mostram, pela primeira vez, que a perda de ordem magnanãtica de longo alcance acima do TC e o fechamento do gap DC não estãocorrelacionados."

Embora esforços adicionais sejam necessa¡rios para esclarecer a relação entre a natureza do gap DC e as propriedades magnanãticas, este estudo éum passo na direção certa. Esperana§osamente, uma compreensão mais profunda desses fena´menos qua¢nticos nos ajudara¡ a colher o poder dos isoladores topola³gicos para a eletra´nica de próxima geração e computação qua¢ntica.