La majoria dels materials de la naturalesa presenten almenys una situació topològica

Un estudi dirigit pel DIPC i la Universitat de Princenton desmenteix la convicció de fa 40 anys que els materials topològics són rars i exòtics. De fet, han aclarit que pràcticament tots els materials de la naturalesa tenen almenys una situació topològica. L'article, publicat en la revista Science, introdueix el concepte de “supertopológico” en la teoria de la topologia de bandes.

 

La topologia és una propietat física d'alguns materials caracteritzada per estats forts anormals. Segons aquestes circumstàncies, les propietats electròniques de les superfícies i de les vores no es refereixen a pertorbacions locals. Aquesta inmutabilitat intrínseca fa que els materials topològics siguin excel·lents candidats per a l'observació d'efectes com la interconversión del corrent elèctric i del spin dels electrons, per a simular les teories exòtiques de la física de les altes energies i, en condicions adequades, per a l'emmagatzematge i manipulació de la informació quàntica.

 

Segons Maia García Vergniory, investigadora del DIPC, el potencial dels materials topològics és enorme. Fins fa poc es va trobar un conjunt de materials topològics per intuïció química i es considerava que els estats electrònics topològics eren com una agulla perduda en un paller. Ara, utilitzant un model computacional d'alt rendiment, més de la meitat dels materials 3d coneguts en la naturalesa són topològics i gairebé el 90% presenten estats topològics latents.

 

Mitjançant una anàlisi química i topològica combinat, el grup ha agrupat les estructures electròniques en uns 38.000 materials topològics que posa a la disposició de la comunitat científica en la base de dades Topological Materials Database. El desenvolupament de la nova teoria de l'espai -l'anomenada Química Quàntica Topològica- en les bandes topològiques ha tingut lloc durant sis anys.

 

Tenint en compte aquests resultats, les característiques experimentals de les situacions topològiques havien de ser observades també en molts materials en estudis previs. Després d'analitzar les dades dels experiments fotogràfics realitzats anteriorment, l'equip va descobrir que era així. Per exemple, en estudis experimentals anteriors, els investigadors van trobar ressonàncies superficials inexplicables, i en l'estudi actual s'han considerat situacions topològiques superficials no considerades.

 

Això obre les portes al futur, on es dissenyaran materials de funcionalitat avançada, combinant la intuïció humana amb la intel·ligència artificial basada en la Base de dades de Materials Topològics i la Química Quàntica Topològica”.