Fisici delle università di Jyväskylä e Aalto, in Finlandia, hanno creato un isolante cristallino topologico bidimensionale — un materiale che gli scienziati sognavano da più di dieci anni. Hanno fatto crescere una pellicola di spessore atomico composta da due strati di tellururo di stagno (SnTe) su un substrato di diseleniuro di niobio (NbSe₂). Questa è la prima realizzazione sperimentale della struttura prevista, e apre la strada a dispositivi quantistici funzionanti a temperatura ambiente.
La chiave del successo è la tensione che nasce dalla compressione della pellicola da parte del substrato. È proprio essa a stabilizzare lo stato topologico. Nel materiale compaiono coppie di stati di bordo conduttivi, protetti dalla simmetria del reticolo cristallino. Gli elettroni si muovono lungo i bordi senza perdite, mentre all'interno rimane un'ampia banda proibita di larghezza superiore a 0,2 elettronvolt.
I ricercatori hanno utilizzato l'epitassia a fascio molecolare e la microscopia a scansione a effetto tunnel a bassa temperatura per osservare questi stati con precisione atomica. I calcoli quantomeccanici ne hanno confermato l'origine topologica. Inoltre, gli stati di bordo possono essere regolati modificando la deformazione — questo offre un metodo pratico per controllare le proprietà elettroniche.
L'ampia larghezza della banda proibita lascia sperare che le proprietà topologiche si conservino anche a temperatura ambiente. Il materiale potrebbe diventare una piattaforma per la spintronica e per i nanodispositivi del futuro, dove gli effetti quantistici funzionano senza raffreddamento criogenico.
Gli stati di bordo adiacenti interagiscono attraverso forze elettrostatiche e il tunneling quantistico, anch'essi sono stati studiati. Il gruppo guidato dal professore associato Kezilbejek Shavulienu, in collaborazione con i professori Peter Liljeroth e Jose Lado, ha pubblicato i risultati su Nature Communications.
Ora i fisici hanno un campione reale che può essere deformato e regolato — un passo verso l'elettronica quantistica, che un giorno si troverà nei nostri dispositivi.
