La UPV/EHU y el Donostia International Physics Center (DIPC) han trabajado junto con científicos de la Universidad de Princeton y del Instituto Max Planck de Dresden.
El trabajo ha sido portada en la prestigiosa revista Nature y 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.
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. 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.
El interés surgido a partir del descubrimiento de estos materiales topológicos con propiedades exóticas lo demuestra el hecho de que el Premio Nobel de Física de 2016 fue concedido a tres de los pioneros de ese nuevo campo. Sim embargo, de los casi 200 materiales que hay catalogados en las bases de datos de estructuras inorgánicas, apenas se han encontrado en los últimos 10 años 100 materiales que presenten esta fase o estado topológico.
Ahora un grupo de investigadores ha introducido y desarrollado un nuevo paradigma de la teoría de estructura electrónica de bandas, completando así el trabajo pionero, entre otros, del físico suizo Felix Bloch en la primera mitad del siglo XX.
El grupo de investigación ha utilizado su nueva teoría de ” química cuántica topológica” para caracterizar todos los tipos de bandas elementales posibles para todas las simetrías posibles, generando una especie de catálogo de consulta a disposición de toda comunidad científica, en el cual investigadores de todo el mundo puedan buscar fácilmente candidatos de posibles materiales topológicos y evitar tediosos y costosos cálculos computacionales.
” Los resultados publicados demuestran que los aislantes y materiales topológicos son más comunes en la naturaleza de lo que hasta ahora se había creído; lo cual resulta muy prometedor e interesante, ya que abre las puertas a una nueva forma de entender los materiales, así como a una electrónica de baja disipación energética, y tantos otros descubrimientos que están por llegar”, explican los autores del estudio.