Suediako Zientzien Errege Akademiak 2016ko Fisikako Nobel Saria hiru fisikari teorikori –David Thouless, Duncan Haldane eta Michael Kosterlitz– eman zienean, argi utzi zuten “ezezagunerako ate ireki berriaren beste aldean, materiak ezohiko egoerak har ditzakeela”. Orduko aitorpena materiaren trantsizio topologikoaren eta fase topologikoen aurkikuntzari zor zioten, izan ere, maila mikroskopikoan gertatzen den fase aldaketa sotil horrek fenomeno elektroniko bereziak eragiten ditu. Geroztik, esparru emankorrenetakoa bihurtu da materia kondentsatuaren fisikaren ikerketan. Momentuz, material topologiko horien balizko zenbait aplikazio planteatu dira osagai elektronikoetan datuen biltegiratze eta transmisioa hobetzeko edo konputazio kuantikorako plataformatzat erabiltzeko.
Metal bat topologikoa ote den zehazteko ezaugarri nagusia, metal hori osatzen duten elektroien propietate bat da, Chern zenbakia deritzona, metal arrunt batean zero balioa duena. Zenbaki hori ez da abstrakzio matematiko hutsa; aitzitik, zenbait fenomeno elektroniko exotikoren tamaina zehazten du, eta ondorioz, garrantzi handikoa da jakitea zenbateko neurria duen material jakin batean. Galdera horri erantzunez, Donostia International Physics Centerren (DIPC) lanean diharduten Maia Garcia-Vergniory eta Fernando de Juan Ikerbasqueko fisikariak tarteko dituen nazioarteko ikertzaile taldeak garrantzizko ekarpen berriak egin ditu Science aldizkarian argitaratutako paladio eta galio kristalei (PdGa) buruzko ikerketan.
“PdGa kristalak oso egokiak suertatu dira buruan genuen frogapena egiteko: gure kalkuluek argi eta garbi behatzeko moduko efektuak aurreikusten zituzten, baina bestelako materialekin ezin lor zitezkeen lagin garbi-garbiak behar ziren”, adierazi du DIPCri atxikitako Maia Garcia-Vergniory Ikerbasqueko ikertzaileak, ikerketarako paladio eta galiozko konposatu hori aukeratu izana argitzeko. Proba esperimentaletan, elektroien fotoemisio bidezko egitura elektronikoa zehaztu da sinkrotroiaren erradiazioaren bitartez, eta horretarako, PdGa kristalak erabili dituzte Suitzako Swiss Light Source (SLS) eta Erresuma Batuko Diamond Light Source erakundeen instalazio handietan.
“Orain arte ezin izan da frogatu Chern zenbaki maximora iristen den materialik dagoenik”, azaldu du Fernando de Juanek. “Esperimentu honen zehaztasunari eta bertan landutako analisi teorikoari esker, halakorik gertatu den lehenengo materiala dela ziurta dezakegu”. PdGa kristalaren kasuan, Chern zenbakiak ahalik eta baliorik handiena lortu du: +4.
Era berean, ikerketak balio handiko informazioa jaso du kiralitatearen eraginari buruz. Zientzialariek egitura berdinak baina kontrako kiralitateak dituzten PdGa kristalak hazi dituzte, eta zeregin horretan argi utzi dute aldaketa horrek propietate elektronikoei eragiten diela, baita Chern zenbakiaren zeinuari ere, aurkakoa izatera pasatzen baita. Etorkizunean, ikerketa-taldeak beste kristal-egitura batzuetan ikertu nahi du kiralitatearen eragina, katalisi-prozesuetan duen garrantzia eta propietate topologikoekin izan dezakeen korrelazioa aztertzeko.
Suitzako Paul Scherrer Institut-eko (PSI) Niels Schröter arduratu da ikerlana zuzentzeaz, eta Donostia International Physics Center eta Ikerbasquerekin batera, erakunde hauetako ikertzaileek ere parte hartu dute: Solidoen Fisika-Kimikaren Max Planck Institutua (Alemania), Materialen, Zientziaren eta Teknologiaren Suitzako Institutu Federala (EMPA), Lausanako Eskola Politekniko Federala (EPFL), Oxfordeko Unibertsitatea (Erresuma Batua), Diamond Light Source (Erresuma Batua) eta Illinoiseko Urbana-Champaign Unibertsitatea (Estatu Batuak).
Artikulua aztertzeko: DOI: 10.1126/science.aaz3480
.png)
