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Los físicos descubren el primer aislante topológico de ocurrencia natural del mundo
Los aislantes topológicos son uno de los nuevos materiales más interesantes de la ciencia. Este material es extraño porque es un conductor en la superficie pero un aislante en el interior, más bien como un bloque de hielo en el que el agua derretida fluye por el exterior pero queda atrapada como un sólido en el medio.
Pero los aislantes topológicos tienen otra propiedad. Los electrones que fluyen sobre la superficie de un aislante topológico están todos alineados de una manera específica. De hecho, sus giros están bloqueados en ángulo recto con su dirección de movimiento.
Este bloqueo del impulso de giro significa que los electrones son inmunes a los golpes que recibirían dentro de un conductor ordinario. En cambio, los electrones pueden moverse a través de aisladores topológicos perfectos con una eficiencia del 100 por ciento, incluso a temperatura ambiente.
Ese comportamiento único ha emocionado tanto a los físicos como a los ingenieros electrónicos. Significa que los aislantes topológicos podrían formar la base de una generación completamente nueva de dispositivos electrónicos que codifican información utilizando tanto el espín como la carga de un electrón.
Pero hay un problema. Los aislantes topológicos son pocos y distantes entre sí. Los físicos predijeron su existencia en sólidos en 2005 y sintetizaron el primer ejemplo en 2008: una estructura cristalina compleja basada en antimonuro de bismuto. Pero la dificultad para hacer otros ejemplos es un problema serio para la tecnología emergente de la espintrónica.
Parece que va a cambiar. Hoy, Pascal Gehring del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Stuttgart y algunos amigos han encontrado el primer ejemplo de un aislante topológico natural en una muestra de cuarzo de una mina en la República Checa. El descubrimiento plantea la posibilidad de que otros materiales naturales también puedan ser aislantes topológicos.
El nuevo material es un mineral metálico gris llamado Kawazulita que está hecho de bismuto, telurio, selenio y azufre. El nombre proviene de la mina Kawazu en Japón, donde se descubrió por primera vez.
Dada la estructura cristalina de la kawazulita, los científicos de materiales han sospechado que podría actuar como un aislante topológico. De hecho, han sintetizado el material en el laboratorio y han medido sus propiedades para averiguarlo.
En todos los casos, sin embargo, el aislamiento topológico predicho no se materializó debido a defectos en la estructura del material sintetizado.
Ahora Gehring y compañía han creado láminas monocristalinas del mineral escindiéndolas de un cristal natural. Cuando midieron las propiedades de esta lámina, resultó ser un conductor en la superficie y un aislante en el interior, tal como se predijo.
El equipo especula que la kawazulita natural tiene menos defectos que su prima sintética porque es muy antigua: cualquier defecto ha desaparecido de la estructura durante los millones de años desde que se formó.
La pregunta ahora es si es posible hacer suficientes láminas monocristalinas a partir de kawazulita natural para permitir que los físicos que trabajan en la próxima generación de dispositivos espintrónicos pongan a prueba este material.
Si pueden perfeccionar estos dispositivos, la industria de la electrónica podría algún día llegar a depender de los aislantes topológicos naturales de las minas de cuarzo en Japón y más allá.
Ref: arxiv.org/abs/1311.6637 : Un aislante topológico natural