La mayoría de los materiales de la naturaleza presentan al menos una situación topológica

Un estudio dirigido por el DIPC y la Universidad de Princenton desmiente la convicción de hace 40 años de que los materiales topológicos son raros y exóticos. De hecho, han aclarado que prácticamente todos los materiales de la naturaleza tienen al menos una situación topológica. El artículo, publicado en la revista Science, introduce el concepto de “supertopológico” en la teoría de la topología de bandas.

 

La topología es una propiedad física de algunos materiales caracterizada por estados fuertes anormales. Según estas circunstancias, las propiedades electrónicas de las superficies y de los bordes no se refieren a perturbaciones locales. Esta inmutabilidad intrínseca hace que los materiales topológicos sean excelentes candidatos para la observación de efectos como la interconversión de la corriente eléctrica y del spin de los electrones, para simular las teorías exóticas de la física de las altas energías y, en condiciones adecuadas, para el almacenamiento y manipulación de la información cuántica.

 

Según Maia García Vergniory, investigadora del DIPC, el potencial de los materiales topológicos es enorme. Hasta hace poco se encontró un conjunto de materiales topológicos por intuición química y se consideraba que los estados electrónicos topológicos eran como una aguja perdida en un pajar. Ahora, utilizando un modelo computacional de alto rendimiento, más de la mitad de los materiales 3d conocidos en la naturaleza son topológicos y casi el 90% presentan estados topológicos latentes.

 

Mediante un análisis químico y topológico combinado, el grupo ha agrupado las estructuras electrónicas en unos 38.000 materiales topológicos que pone a disposición de la comunidad científica en la base de datos Topological Materials Database. El desarrollo de la nueva teoría del espacio -la llamada Química Cuántica Topológica- en las bandas topológicas ha tenido lugar durante seis años.

 

Teniendo en cuenta estos resultados, las características experimentales de las situaciones topológicas debían ser observadas también en muchos materiales en estudios previos. Tras analizar los datos de los experimentos fotográficos realizados anteriormente, el equipo descubrió que era así. Por ejemplo, en estudios experimentales anteriores, los investigadores encontraron resonancias superficiales inexplicables, y en el estudio actual se han considerado situaciones topológicas superficiales no consideradas.

 

Esto abre las puertas al futuro, donde se diseñarán materiales de funcionalidad avanzada, combinando la intuición humana con la inteligencia artificial basada en la Base de Datos de Materiales Topológicos y la Química Cuántica Topológica”.