Moiré-patroi magnetikoek egoera kuantiko berriak desblokeatzen dituzte material topologikoetan

Donostia International Physics Center (DIPC) buru duen nazioarteko talde batek, zeinean Materialen Fisika Zentroko (CFM CSIC-UPV/EHU) eta Aragoiko Nanozientzia eta Materialen Institutuko (INMA) ikertzaileek parte hartzen baitute, materiaren egoera kuantiko exotikoak diseinatzeko modu berri bat erakutsi du, bi material oso desberdin —iman bat eta isolatzaile topologiko bat— gainjartzean oinarritua. Emaitza moiré erako supersare delikatu bat da: eskala nanometrikoko interferentzia-patroi bat, zeinak berregituratu egiten baitu elektroiak interfazean zehar mugitzen diren modua, eta material-mota horretan inoiz ikusi gabeko efektuak erakusten baititu.

Isolatzaile topologikoak substantzia bereziak dira, barruan isolatzaile elektriko gisa jokatzen dutenak, baina, aldi berean, oso gainazal eroalea dutenak. Gainazal horietan, elektroiak modu berezian mugitzen dira: elektroien spin norabidea haien mugimenduari lotuta dago, eta ezaugarri horrek, batetik, dispertsioarekiko erresistente egiten ditu eta, bestetik, etorkizun handiko spintronikarako, hots, elektroiaren kargan oinarritu beharrean spinean oinarritzen den elektronikarako.

“Magnetismoak eta topologiak elkar topo egiten dutenean, ezohiko gauzak gertatzea espero da”, dio Ilya Klimovskikh Donostia International Physics Centerreko (DIPC) ikertzaileak —ikerketan parte hartu duenetako bat—. “Aztertu nahi genuen nola hobetzen ziren efektu horiek moiré-patroia erantsita”, gaineratu zuen.

Horretarako, taldeak van der Waalsen isolatzaile magnetikoen —FeX₂ gisa ezagutzen diren materialak, non X kloroa edo bromoa baita— geruza ultrameheak garatu zituen bismuto seleniuro (Bi₂Se₃) isolatzaile topologikoaren gainazalean. Bi sare kristalinoak zorrotz lerrokatzen ez direnez, mugan moiré-patroi bat eratzen da, eta horrek, sotilki, egitura elektronikoa modulatzen du.

Abangoardiako teknikak erabiliz, hala nola ekorketa-tunel efektuko mikroskopia eta angeluen bidez ebatzitako fotoemisioko espektroskopia, elektroiek paisaia horretan duten portaera aztertu zuten ikertzaileek. Diracen kono erreplikatuak aurkitu zituzten —moiréak eragindako modulazio elektroniko baten seinale—, eta hutsune txikiak espektro energetikoaren puntu espezifikoetan, magnetismoaren eta moiré-potentzialaren arteko interakzioarekin lotutakoak.

“Energia-hutsune txiki horiek erakusten dute badagoela moiré-potentzial magnetiko bat, lokalki denbora-alderantzikatzearen simetria hausten duena”, azaldu du lantaldeak. “Horrek erakusten du erregimen berri batean sartzen ari garela, zeinean, eskala nanometrikoan, magnetismoaren eta topologiaren arteko elkarreragin bat baitago”.

Aurkikuntzak baieztatzen du moiré efektuak material topologikoetan gerta daitezkeela —denbora luzez teorizatu izan da, baina inoiz ez behatu—, eta, gainera, iradokitzen du sistema horiek fase topologiko eta supereroale berrien hartzaile izan daitezkeela, zeinak potentzialki baliagarriak baitira informatika kuantikorako eta kontsumo txikiko konputazio-elektronikarako.

“Hau hasiera baino ez da”, gaineratu dute ikertzaileek. “Moiréaren arloko ingeniaritzak ikuspegi erabat berria ematen digu egoera kuantiko korapilatuak eta topologikoak kontrolatzeko moduari buruz; material kuantikoen ikerketan kapitulu berri bat irekitzea bezala da”.