19 de enero de 2021 (Noticias de Nanowerk) Científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Y colaboradores del Laboratorio Nacional Brookhaven y la Universidad de Alabama en Birmingham han descubierto un nuevo interruptor inducido por luz que retuerce la red cristalina del material, activando una corriente de electrones gigante que parece ser casi sin disipación. El descubrimiento se realizó en una categoría de materiales topológicos que es muy prometedora para la espintrónica, los transistores de efectos topológicos y la computación cuántica. Los semimetales de Weyl y Dirac pueden albergar propiedades de conducción de electrones exóticas, casi sin disipación, que aprovechan el estado único en la red cristalina y la estructura electrónica del material que protege a los electrones de hacerlo. Estos canales de transporte de electrones anómalos, protegidos por simetría y topología, normalmente no ocurren en metales convencionales como el cobre. Después de décadas de ser descrito solo en el contexto de la física teórica, existe un interés creciente en fabricar, explorar, refinar y controlar sus propiedades electrónicas protegidas topológicamente para aplicaciones de dispositivos. Por ejemplo, la adopción a gran escala de la computación cuántica requiere la construcción de dispositivos en los que los estados cuánticos frágiles estén protegidos de las impurezas y los entornos ruidosos. Un enfoque para lograr esto es mediante el desarrollo de la computación cuántica topológica, en la que los qubits se basan en corrientes eléctricas sin disipación protegidas por simetría que son inmunes al ruido. "La torsión de celosía inducida por la luz, o un interruptor fonónico, puede controlar la simetría de inversión del cristal y fotogenerar una corriente eléctrica gigante con una resistencia muy pequeña", dijo Jigang Wang, científico principal del Laboratorio Ames y profesor de física en la Universidad Estatal de Iowa. "Este nuevo principio de control no requiere campos eléctricos o magnéticos estáticos, y tiene velocidades mucho más rápidas y un menor costo de energía".
Esquema de la formación de puntos de Weyl inducida por la luz en un material Dirac de ZrTe5. Jigang Wang y sus colaboradores informan cómo el movimiento de celosía coherentemente retorcido por pulsos láser, es decir, un interruptor fonónico, puede controlar la simetría de inversión de cristal y fotogenerar una corriente gigante de baja disipación con un transporte balístico excepcional protegido por topología de banda de Weyl inducida. (Imagen: Laboratorio Ames) "Este hallazgo podría extenderse a un nuevo principio de computación cuántica basado en la física quiral y el transporte de energía sin disipación, que puede funcionar a velocidades mucho más rápidas, menor costo de energía y alta temperatura de operación". dijo Liang Luo, científico del Laboratorio Ames y primer autor del artículo (Nature Materials, “Un interruptor de simetría fonónico inducido por la luz y una fotocorriente topológica gigante sin disipación en ZrTe5"). Wang, Luo y sus colegas lograron justamente eso, usando espectroscopía de luz láser de terahercios (un billón de ciclos por segundo) para examinar y empujar estos materiales para que revelen los mecanismos de cambio de simetría de sus propiedades. En este experimento, el equipo alteró la simetría de la estructura electrónica del material, usando pulsos de láser para torcer la disposición reticular del cristal. Este interruptor de luz habilita “puntos Weyl” en el material, lo que hace que los electrones se comporten como partículas sin masa que pueden transportar la corriente de baja disipación protegida que se busca. “Logramos esta corriente gigante sin disipación impulsando movimientos periódicos de átomos alrededor de su posición de equilibrio para romper la simetría de inversión de cristales”, dice Ilias Perakis, profesor de física y presidente de la Universidad de Alabama en Birmingham. "Este principio de control de topología y transporte semimetálico de Weyl inducido por la luz parece ser universal y será muy útil en el desarrollo de la electrónica y la computación cuántica del futuro con alta velocidad y bajo consumo de energía". “Lo que nos ha faltado hasta ahora es un cambio rápido y de baja energía para inducir y controlar la simetría de estos materiales”, dijo Qiang Li, líder del Grupo de Materiales de Energía Avanzada del Laboratorio Nacional Brookhaven. "Nuestro descubrimiento de un interruptor de simetría de luz abre una oportunidad fascinante para transportar una corriente de electrones sin disipación, un estado protegido topológicamente que no se debilita ni se ralentiza cuando choca contra imperfecciones e impurezas en el material".
Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57055.php
