Científicos crean un material cuántico que se predijo hace más de una década

Científicos de la Universidad de Jyväskylä y de Aalto University en Finlandia lograron crear un material cuántico bidimensional, un avance que se había anticipado durante más de diez años. Hasta el momento, los intentos de producirlo se vieron obstaculizados por la dificultad de desarrollar los materiales adecuados.

El avance fue liderado por el Profesor Asociado Kezilbeiek Shawulienu, en colaboración con investigadores de Aalto University, incluyendo al Profesor Peter Liljeroth y al Profesor Jose Lado. El equipo fabricó el material al crecer una película delgada atómica compuesta por solo dos capas de telururo de estaño (SnTe) sobre un sustrato de diseleniuro de niobio (NbSe₂).

Propiedades únicas del cristal atómico

Para examinar las propiedades del material, los investigadores utilizaron epitaxia por haz molecular junto con microscopía de túnel a baja temperatura, lo que les permitió estudiar su comportamiento electrónico con precisión a nivel atómico.

Las mediciones revelaron pares de estados de borde conductores, una característica definitoria de los aislantes cristalinos topológicos. Estos caminos especiales permiten que los electrones viajen a lo largo de los bordes del material, protegidos por la simetría de la red cristalina.

Control de las propiedades cuánticas del material

Los estados de borde conductores aparecen dentro de un amplio hueco electrónico de más de 0.2 electronvoltios (eV). El equipo descubrió que la película de telururo de estaño está comprimida por el sustrato subyacente, creando una tensión que es esencial para estabilizar el estado topológico del material.

Más importante aún, los investigadores demostraron que estos estados de borde pueden ajustarse al cambiar la tensión, lo que ofrece una forma práctica de sintonizar el comportamiento electrónico del material para futuras tecnologías.

Potencial para la electrónica cuántica futura

Los cálculos cuánticos de primeros principios confirmaron que los estados de borde observados tienen un origen topológico. El equipo también examinó cómo interactúan los estados de borde vecinos, encontrando que sus niveles de energía se desplazan debido a una combinación de interacciones electrostáticas y túneles cuánticos.

Dado que el material presenta un hueco relativamente grande, se espera que sus propiedades topológicas permanezcan estables incluso a temperatura ambiente. Esto lo convierte en una plataforma prometedora para explorar estados topológicos bidimensionales ajustables por tensión y podría apoyar futuros avances en electrónica basada en espín y dispositivos a escala nanométrica.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Communications.