Aïllants topològics per a simuladors quàntics
Un estudi recent descriu com les interaccions de molts cossos en els aïllants topològics poden ser de gran avantatge per a les simulacions quàntiques de sistemes complexos.
En les últimes dècades els aïllants topològics han despertat un gran interès, degut a que tenen diverses aplicacions prometedores en temes com la metrologia o la computació quàntica. Aquests materials exòtics van més enllà de la classificació estàndard de fases de la matèria; són aïllants en el seu volum, conductors en les seves vores i es caracteritzen per un invariant topològic global, on els electrons només poden moure’s al llarg de la superfície del material (en contrast amb el que ocorre a la teoria convencional de fases de Ginzburg-Landau).
Fases topològiques i simuladors quàntics
Aquestes fases de la matèria – fases topològiques – s’han observat experimentalment en sistemes de matèria condensada i, més recentment, en simuladors quàntics. Els simuladors quàntics són plataformes molt versàtils, que permeten simular un material amb un altre sistema quàntic, en un entorn molt controlable. En el cas dels aïllants topològics, aquest grau de control és particularment prometedor per a descobrir els mecanismes que condueixen a aquestes fases.
La simulació quàntica d’aquests materials exòtics generalment es basa en la generació de camps de calibre artificials. No obstant això, estudis recents han demostrat que les fases topològiques també poden sorgir d’interaccions de partícules. Aquest últim mecanisme condueix al concepte de fases topològiques induïdes per interacció, en les quals la topologia s’adquireix a través d’un procés espontani de ruptura de simetria. La interacció de la ruptura espontània de la simetria amb les propietats topològiques globals pot donar lloc a efectes molt interessants.
A l’article, recentment publicat a la revista Physical Review Letters i destacat com a suggeriment d’un editor, els investigadors informen de com aquesta interacció pot conduir a nous efectes topològics fortament correlacionats en un material 2D. L’estudi l’han publicat els investigadors de l’ICFO Sergi Julià-Farré dirigits pel professor Maciej Lewenstein i Alexandre Dauphin, en col·laboració amb el professor Markus Müller de la Universitat RWTH Aachen i Forschungszentrum Jülich.
L’equip ha demostrat com les interaccions poden localitzar partícules en la massa aïllant, el que condueix a polarons (quasipartícules compostes per un electró i un camp de deformacions associat) atrapats en si mateixos. A més, també han demostrat com la naturalesa interactiva d’aquests sistemes quàntics topològics poden donar lloc a noves fases de la matèria, que simultàniament exhibeixen característiques espacials riques i propietats topològiques. Curiosament, la topologia no trivial associada a cada domini condueix a l’aparició d’estats conductors protegits, localitzats en els límits d’aquests mateixos dominis.
Referència: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.240601