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Materiales 3D para aplicaciones electrónicas

Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha abierto un camino hacia el control de las propiedades de los materiales en la escala de femtosegundos, con posibles implicaciones prácticas para aplicaciones electrónicas.
Materiales 3D para aplicaciones electrónicas
Los investigadores del proyecto OPTCHATRA (Optical charge transfer processes in early stages of photosynthesis from first-principle computational techniques) han mostrado que es posible utilizar pulsos de láser de femtosegundos para cambiar entre los estados de semimetal de Dirac y aislante topológico.

Los semimetales han captado mucho interés en los últimos tiempos. Además de la importancia fundamental de estos materiales como materialización de los fermiones elementales en forma de materia condensada, también tienen propiedades inusuales como una gran magnetorresistencia negativa.

Los estados topológicos en estos materiales están controlados por las simetrías. Tradicionalmente, ha sido posible influir en las simetrías en escalas de tiempo lentas mediante tensiones, dopaje o campos magnéticos o eléctricos. En escalas de tiempo ultrarrápidas, la ingeniería de Floquet permite romper las simetrías de forma dinámica.

Mediante la teoría del funcional de densidad en función del tiempo (TDDFT), los investigadores mostraron que un semimetal se genera mediante la rotura de la simetría de inversión de tiempo. Esta rotura de simetría se puede lograr aplicando pulsos de láser con polarización circular de intensidades variables.

TDDFT abordó las propiedades electrónicas y el apantallamiento dinámico de los materiales. De hecho, el enfoque utilizado en OPTCHATRA capturó efectos que no se podían reproducir mediante otros modelos teóricos. Por ejemplo, mediante bombeo polarizado linealmente, las interacciones electrón-electrón inducen roturas en las simetrías.

Para ilustrar la idea de semimetales promovidos de forma dinámica, los investigadores se basaron en una descripción ab initio del semimetal de Dirac topológico Na3Bi. Aunque los resultados se basan en un Na3Bi prototípico, son genéricos para cualquier semimetal de Dirac, tal como se explica detalladamente en un artículo de Nature Communications

Este tipo de materiales representan un estado inusual de la materia cuántica considerado como «grafeno 3D» que, según las predicciones, presentaría propiedades electrónicas fascinantes y serviría como plataforma para el estudio de las transiciones de fase cuánticas. OPTCHATRA ha dado como resultado un avance importante en este tema emergente en la ciencia de materiales.

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Palabras clave

OPTCHATRA, pulsos de láser de femtosegundos, semimetal de Dirac, aislante topológico, rotura de simetría
Número de registro: 198914 / Última actualización el: 2017-06-19
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