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| Utilizando una novedosa técnica desarrollada en Penn, los investigadores obtuvieron nuevos conocimientos sobre las propiedades de un aislante excitónico propuesto conocido como Ta2NiSe5, con implicaciones para futuros dispositivos cuánticos. Crédito de la imagen: Universidad de Pensilvania |
En los materiales de baja densidad electrónica, las interacciones pueden dar lugar a estados cuánticos de la materia altamente correlacionados. El Ta2NiSe5 es un candidato a aislante excitónico con una fuerte correlación electrónica, lo que lo hace atractivo para los dispositivos cuánticos.
En un nuevo estudio, los científicos informan del descubrimiento de propiedades hasta ahora inesperadas en un material cuántico complejo conocido como Ta2NiSe5. Utilizaron una novedosa técnica denominada efecto fotogalvánico circular para comprobar las distintas propiedades del material. En esta técnica, la luz está diseñada para transportar un campo eléctrico.
Esta investigación fue llevada a cabo por el estudiante graduado Harshvardhan Jog y dirigida por el profesor Ritesh Agarwal en colaboración con Eugene Mele de Penn y Luminita Harnagea del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica.
El profesor Ritesh Agarwal dijo: "El reto de este estudio es que este método sólo se ha aplicado en materiales sin simetría de inversión, mientras que el Ta2NiSe5 sí tiene simetría de inversión. Queríamos ver si esta técnica puede utilizarse para estudiar materiales con simetría de inversión que, desde un punto de vista convencional, no deberían producir esta respuesta".
Utilizaron una versión modificada del efecto fotogalvánico circular para obtener muestras de alta calidad de Ta2NiSe5. Se sorprendieron al ver que se producía una señal.
Realizaron nuevos análisis para asegurarse de que no se trataba de un error o un artefacto experimental. Posteriormente, desarrollaron una teoría para explicar estos resultados inesperados.
Eugene Mele, del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica de Pennsylvania, dijo: "El reto de desarrollar una teoría fue que lo que se hipotetizaba sobre la simetría del Ta2NiSe5 no se alineaba con los resultados experimentales. Entonces, tras encontrar un documento teórico anterior que sugería que la simetría era menor de lo que se hipotetizaba, fueron capaces de desarrollar una explicación para estos datos."
"Nos dimos cuenta de que, si hubiera una fase de baja temperatura en la que el sistema se cizallara espontáneamente, eso lo haría, sugiriendo que este material se estaba deformando hacia esta otra estructura".
Combinando sus conocimientos, tanto experimentales como teóricos, los científicos descubrieron que este material había roto la simetría. El estudio tiene importantes implicaciones para el uso de este y otros materiales en futuros dispositivos. Y es que el equilibrio desempeña un papel fundamental en la clasificación de las fases de la materia y, en última instancia, en la comprensión de sus propiedades posteriores.
Según Agarwal, "estos resultados también proporcionan una plataforma para encontrar y describir propiedades similares en otros tipos de materiales. Disponemos de una herramienta que puede sondear rupturas de simetría muy sutiles en materiales cristalinos. Para entender cualquier material complejo, hay que pensar en las simetrías porque tiene enormes implicaciones".
En el laboratorio, Jog y Agarwal están interesados en determinar niveles de energía adicionales dentro del Ta2NiSe5, buscando posibles propiedades topológicas y utilizando el método fotogalvánico circular para estudiar otros sistemas correlacionados y ver si también podrían tener propiedades similares. En cuanto a la teoría, Mele está estudiando la prevalencia de este fenómeno en otros sistemas materiales y está elaborando sugerencias sobre otros materiales para que los experimentadores los estudien en el futuro.
Mele dijo: "Lo que vemos aquí es una respuesta que no debería producirse, pero que lo hace en estas circunstancias. Se amplía el espacio de estructuras que se tiene, donde se pueden activar estos efectos que están nominalmente prohibidos. No es la primera vez que ocurre en la espectroscopia, pero siempre que ocurre, es algo interesante".
Fuentes, créditos y referencias:
Harshvardhan Jog, Luminita Harnagea, Eugene J. Mele, Ritesh Agarwal. Exchange coupling–mediated broken symmetries in Ta 2 NiSe 5 revealed from quadrupolar circular photogalvanic effect. Science Advances, 2022; 8 (7) DOI: 10.1126/sciadv.abl9020
Fuente: Universidad de Pensilvania