Premios de investigación
Antonio Gómez Bañón (Universidad de Alicante).
Tutor: Joaquín Fernández Rossier (Universidad de Alicante e INL).
Tema: «Topological quantum phase transitions in 2D materials».
En 1980 el grupo de K. Von Klitzing descubrió el efecto Hall cuántico. Se observó en una fi na lámina de material semiconductor sometido a un fuerte campo magnético perpendicular. Apareció una cantidad que está cuantizada, la llamada conductancia Hall. La mayoría de las veces esta cantidad es proporcional al campo magnético aplicado y no está cuantizada. En el experimento de Von Klitzing se encontró que la conductancia Hall cumplía la ecuación σ_xy = ne²/h , donde n es un número entero, e es la carga del electrón y h es la constante de Planck. De hecho la cuantización es tan precisa que se usa como medida estandar de la constante e²/h .
La explicación teórica del efecto Hall cuántico fue proporcionada por David Thouless y colaboradores, quienes demostraron que la conductancia Hall de cualquier sistema aislante bidimensional cumple la ecuacion σ_xy = Ce²/h, donde C es el llamado número de Chern. Mostraron que el numero de Chern es diferente de cero en el caso de sistemas que, como el del experimento de Von Klitzing, están sometidos a un fuerte campo magnetico. Por tanto, durante unos años, se pensó que el efecto Hall cuántico podía darse únicamente en presencia de un campo magnético.
Haldane en 1988 propuso un modelo teórico para una red de grafeno 2D, en el que conseguía efecto Hall cuantizado sin necesidad de campos magnéticos. Lo interesante es que la cuantización de la conductancia Hall es una propiedad emergente del material, que se puede explicar como consecuencia de una ‘estructura topológica’ que se le puede dar a las diferentes fases aislantes del sistema.
La ‘estructura topológica’ también explica la aparición de estados de borde, donde los electrones son capaces de viajar por la super cie de un objeto mientras su interior se comporta como un aislante. Todos estos fenomenos son observables en un sistema que presente efecto Hall cuantizado. Recientemente se han descubierto materiales aislantes que presentan estados de borde ‘protegidos topológicamente’ y efecto Hall cuantizado. Estos materiales se denominan aislantes topologicos y son el objeto de este trabajo.
Gracias al GEFES por darme esta oportunidad para comenzar a estudiar la física del estado sólido y especialmente a mi supervisor, Joaqun Fernandez Rossier, por la gran labor que ha realizado guiándome.
Resumen del trabajo: STUDENT RESEARCH REPORT Antonio Gomez
