Los materiales de la naturaleza presentan un estado topológico
La topología es una propiedad física de algunos materiales que se distingue por estados inusualmente robustos, que hacen que las propiedades electrónicas de sus superficies y bordes expuestos sean insensibles a las perturbaciones locales.
Esta invariabilidad intrínseca convierte a los materiales topológicos en excelentes candidatos para observar efectos como la interconversión de la corriente eléctrica y el espín de los electrones, o para simular teorías exóticas de la física de altas energías, e incluso, en las condiciones adecuadas, para almacenar y manipular información cuántica. El potencial de los materiales topológicos es enorme.
Pero hasta hace poco se habían descubierto solo un puñado de materiales topológicos a través de la intuición química, y se consideraba que los estados electrónicos topológicos eran como una aguja en un pajar.
Ahora, un equipo científico internacional liderado por el Donostia International Physics Center (DIPC) y la Universidad de Princeton (EE.UU.) ha descubierto que casi todos los materiales de la naturaleza presentan al menos un estado topológico, lo que contradice la suposición de hace 40 años de que los materiales topológicos son raros y exóticos.
El estudio, en el que también participan la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), el Instituto Max Planck (Alemania), l’Ecole Normale Supérieure y el CNRS (Francia) y el MIT (EE. UU.), se acaba de publicar en la revista Science.
Utilizando un modelo computacional de alto rendimiento, los autores han comprobado que más de la mitad de los materiales 3D conocidos en la naturaleza son topológicos y que el 88 % albergan estados topológicos latentes.
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— Agencia Sinc (@agencia_sinc) May 23, 2022
Materiales supertopológicos
Junto al hallazgo de propiedades topológicas en casi todos los materiales, los investigadores descubrieron algunos casos extremos de topología en todo el espectro energético, introduciendo el nuevo concepto de supertopológico en la llamada teoría de la topología de bandas.
“Observando nuestros datos, sorprendentemente vimos que ciertos materiales tienen propiedades topológicas en todas partes”, destaca la primera autora, Maia García-Vergniory, investigadora del DIPC y del Instituto Max Planck de Física Química de los Sólidos.
El equipo descubrió que el 2 % de los materiales conocidos son supertopológicos, es decir, que todas las bandas electrónicas son topológicas. Entre los materiales con supertopología ignorada está el bismuto, uno de los materiales de estado sólido más estudiados históricamente.
“Nuestros resultados indican que la topología es una propiedad fundamental de la materia que hasta ahora se había pasado por alto”, concluye García-Vergniory.
La ubicuidad de los rasgos topológicos observados en las simulaciones numéricas plantea que los rasgos experimentales de los estados topológicos ya deberían haberse observado en investigaciones anteriores de muchos materiales.
VTV/CC/ADN
Fuente: SINC
