Pesquisadores mostram que falhas rotineiras na rede podem detectar fases topológicas com segurança, abrindo novas rotas para materiais quânticos e engenharia de dispositivos
As características topológicas são importantes porque dão origem a estados que não podem ser facilmente destruídos. Esses estados robustos conferem aos materiais comportamentos especiais que permitem novos tipos de eletrônica e fotônica. Alguns sistemas topológicos podem até hospedar quasipartículas exóticas, como os modos de Majorana, que são suas próprias antipartículas e são blocos de construção promissores para a computação quântica.
No entanto, os métodos existentes para detectar estados topológicos em materiais têm limitações significativas. Eles normalmente sondam apenas a superfície, mesmo que a topologia seja uma propriedade em massa. As transições topológicas podem ser sutis e difíceis de identificar, e as assinaturas topológicas podem ser obscurecidas por impurezas ou desordem. Em alguns casos, as características topológicas não possuem nenhuma assinatura experimental facilmente mensurável.
Neste trabalho, os pesquisadores fizeram uma descoberta surpreendente: defeitos comuns de cristal podem ser usados para detectar comportamento topológico dentro de um materials. Quando um defeito é colocado em um materials com estrutura eletrônica topológica, ele produz um estado de energia adicional dentro do band hole, conhecido como modo mid-gap. Este efeito é common e aparece para os tipos de imperfeições mais comuns: vagas, defeitos de Schottky, substituições e intersticiais.
O defeito atua como um marcador para a topologia porque um modo mid-gap se forma apenas quando o materials circundante é topológico. Num materials trivial, tal estado não aparece. Isso acontece porque as funções de onda em um materials topológico possuem uma estrutura international que não pode ser alterada localmente; a introdução de um defeito força o sistema a compensar criando um estado intermediário.
Esta sonda topológica não depende da simetria e funciona em qualquer dimensão espacial, o que a torna relevante para materiais 2D, cristais 3D, supercondutores, redes fotônicas e acústicas e até mesmo sistemas não-Hermitianos. Os investigadores confirmaram isto experimentalmente através da construção de redes acústicas de Chern, onde as ondas sonoras se comportam matematicamente como electrões. Ao introduzir defeitos controlados, observaram estados intermediários exatamente onde a teoria previa.
Este trabalho mostra que defeitos comuns de cristal podem servir como indicadores confiáveis e integrados do caráter topológico oculto de um materials, oferecendo uma maneira simples e common de detectar a topologia diretamente no quantity.
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Ordem topológica, campos de calibre emergentes e reconstrução de superfície de Fermi por Subir Sachdev (2018)