Un estudio revela una nueva familia de aisladores Hall anómalos cuánticos

En los últimos años, físicos y científicos de materiales han identificado varios materiales nuevos caracterizados por propiedades y efectos cuánticos interesantes. Estos materiales podrían ser muy valiosos como plataformas para estudiar los efectos cuánticos y para desarrollar nuevos dispositivos de computación cuántica.

Una clase de materiales que ha atraído especial atención son los aislantes Hall anómalos cuánticos. Estos materiales tienen interesantes propiedades que les permiten conducir la electricidad de forma muy controlada y eficiente, potenciando los efectos de la mecánica cuántica y el magnetismo.

Investigadores de la Universidad de Fudan en China han estado tratando recientemente de identificar nuevos y prometedores aisladores de Hall cuánticos anómalos. Tu último artículo, Publicado en Cartas de revisión físicadescribe las características únicas de la monocapa V_dosMX₄que podría pertenecer a una nueva familia de aisladores Hall anómalos cuánticos.

«Encontrar materiales Hall anómalos cuánticos intrínsecos es un objetivo importante en la investigación de materiales topológicos», dijo a Phys.org Jing Wang, coautor del artículo. «Después predijimos MnBi_dosTú₄Como ejemplo paradigmático de un aislante topológico magnético que muestra un efecto Hall anómalo cuántico de capa impar, hemos estado pensando en encontrar un nuevo aislante Hall anómalo cuántico intrínseco de gran espacio.

Los materiales aislantes de Hall anómalos cuánticos de gran espacio exhiben un efecto Hall anómalo cuántico con un espacio de energía relativamente grande entre la banda de valencia y la banda de conducción. Estos materiales deben exhibir una sinergia entre dos propiedades aparentemente contradictorias: el acoplamiento espín-órbita y el ferromagnetismo.

«La clave está en los orbitales d, en los que coexisten la topología y el magnetismo», dijo Wang. «En nuestro trabajo anterior, inicialmente presentamos ATiXuna clase de materiales Hall anómalos cuánticos caracterizados por el grupo espacial P4/nmm», dijo Wang. «El análisis de simetría en P4/nmm finalmente nos llevó a identificar V_dosMX₄ materiales del grupo espacial P-42m.»

V_dosMX₄La nueva familia de materiales identificada por Wang y sus colaboradores podría sintetizarse mediante procesos que se han utilizado ampliamente para sintetizar compuestos con estructuras similares, como el Cu._dosMX₄ y Ag_dosMX₄. Esta nueva familia de materiales incluye un total de 10 materiales con bandas prohibidas topológicas no triviales y propiedades similares, de los cuales se ha demostrado teóricamente que seis de ellos exhiben estabilidad dinámica y termodinámica.

«La abundancia de candidatos subraya la universalidad de esta estructura, aumentando las perspectivas de síntesis», explicó Wang. «En términos de rendimiento, creemos que una descripción adecuada de V_dosMX₄ La familia es «simple pero poderosa». La regla directa de Hund da temperaturas de Curie altas (que oscilan entre 200 y 500 K). La inversión de banda en el punto Gamma produce una gran banda prohibida topológica no trivial (que oscila entre 100 y 300 meV)».

Los cálculos numéricos y las simulaciones realizados por Wang y sus colegas sugieren que V_dosMX₄ Los materiales tienen ricas propiedades topológicas. Son aisladores Hall anómalos cuánticos en su capa impar, aisladores axonales en su capa par, aisladores topológicos antiferromagnéticos en su estado fundamental 3D y aisladores Hall anómalos cuánticos 3D en su estado ferromagnético 3D.