Desarrollan un nuevo método para descubrir materiales con propiedades topológicas

La investigación internacional en la que participan investigadores de la UPV/EHU y el DIPC ha sido portada de la revista Nature
Materiales topologicos

Un equipo internacional de investigadores en el que participan investigadores de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea y del Donostia International Physics Center (DIPC), junto con científicos de la Universidad de Princeton y del Instituto Max Planck de Dresden, ha introducido y desarrollado una nueva teoría para descubrir y caracterizar materiales con propiedades topológicas de forma sistemática y eficaz. El trabajo, que ha sido portada en la prestigiosa revista Nature, ha abierto las puertas a una nueva forma de entender esos prometedores materiales que son aislantes y metales al mismo tiempo y ha demostrado que son más comunes en la naturaleza de lo que se pensaba.
Hasta hace prácticamente 10 años los materiales, según las teorías de física y química establecidas, se dividían en metales, semimetales y aislantes, siendo los materiales semiconductores un caso particular de estos últimos. Esa clasificación en tres grandes grupos se basa en lo que se conoce como “teoría de bandas”, que básicamente se fija en propiedades electrónicas y en cómo los enlaces entre los elementos químicos de un material influyen en esas propiedades. Desde el punto de vista físico, la asignación de un material a uno de esos tipos depende de la existencia o no de un salto energético entre las bandas de valencia y conducción y, si existe este salto, de su magnitud.
Tras un largo paréntesis sin descubrir nuevos estados o propiedades, en los últimos tiempos ha resurgido el interés en este área de conocimiento a raíz de la predicción, mediante la teoría de bandas convencional, de unos materiales que son aislantes en su interior, pero son conductores en la superficie, es decir, son aislantes y metales al mismo tiempo. Resulta, además, que ese estado conductor o metálico de la superficie apenas presenta pérdidas de energía a temperatura ambiente y es muy robusto frente a posibles impurezas: se dice que está protegido topológicamente. La topología es la rama de las matemáticas que estudia qué propiedades de los cuerpos geométricos no se alteran al deformarlos de manera continua. Siguiendo con esa analogía, los materiales topológicos son aquellos cuyas propiedades están definidas o “protegidas” por la propia estructura y simetría del cristal, de forma que si no se modifica dicha estructura, estas propiedades no se pueden cambiar.

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