Físicos de la Universidad de Zurich están investigando una nueva clase de materiales: aisladores topológicos de orden superior. Los bordes de estos sólidos cristalinos conducen la corriente eléctrica sin disipación, mientras que el resto del cristal permanece aislante. Esto podría ser útil para aplicaciones en tecnología de semiconductores y para construir computadoras cuánticas.

La topología

Examina las propiedades de los objetos y sólidos que están protegidos contra perturbaciones y deformaciones.

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Los materiales conocidos hasta ahora incluyen aislantes topológicos, que son cristales que aíslan el interior pero conducen la corriente eléctrica en su superficie. Las superficies conductoras están protegidas topológicamente, lo que significa que no pueden ponerse fácilmente en un estado aislante.

Los físicos teóricos de la Universidad de Zurich ahora han predicho una nueva clase de aisladores topológicos con propiedades conductoras en los bordes de los cristales en lugar de en la superficie.

El equipo de investigación, compuesto por científicos de UZH, la Universidad de Princeton, el Centro Internacional de Física de Donostia y el Instituto Max Planck de Física de la Microestructura en Halle, apodaron a la nueva clase de materiales "aislantes topológicos de orden superior".

La extraordinaria robustez de los bordes conductores los hace particularmente interesantes: la corriente de electrones no puede detenerse por desorden o impurezas.

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Si una imperfección se interpone en el camino de la corriente, simplemente fluye alrededor de la impureza.

Además, los bordes del cristal no tienen que estar especialmente preparados para conducir la corriente eléctrica. Si el cristal se rompe, los nuevos bordes automáticamente también conducen la corriente. "El aspecto más emocionante es que la electricidad puede, al menos en teoría, llevarse a cabo sin ninguna disipación", dice Titus Neupert, profesor del Departamento de Física de la UZH.

"Se podría pensar en los bordes de cristal como una especie de autopista para los electrones.

No pueden simplemente hacer un giro en U". Esta propiedad de la conductancia sin disipación, conocida también por los superconductores a bajas temperaturas, no se comparte con los cristales aislantes topológicos conocidos previamente que tienen superficies conductoras, sino que es específica de los cristales topológicos de orden superior.

El estudio de los físicos

Todavía se basa principalmente en aspectos teóricos.

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Han propuesto teluro de estaño como el primer compuesto para mostrar estas nuevas propiedades. "Se deben identificar más candidatos materiales y probarlos en experimentos", dice Neupert. Los investigadores esperan que en el futuro los nanocables hechos de aisladores topológicos de orden superior puedan ser utilizados como caminos de conducción en circuitos eléctricos. Podrían combinarse con materiales magnéticos y superconductores y usarse para construir computadoras cuánticas.

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