Aislantes topológicos para simuladores cuánticos
Un estudio reciente describe cómo las interacciones de muchos cuerpos en los aislantes topológicos pueden ser de gran ventaja para las simulaciones cuánticas de sistemas complejos.
En las últimas décadas los aislantes topológicos han despertado un gran interés, y tienen también aplicaciones prometedoras en temas como la metrología o la computación cuántica. Estos materiales exóticos van más allá de la clasificación estándar de fases de la materia; son aislantes en su volumen, conductores en sus bordes y se caracterizan por un invariante topológico global, donde los electrones sólo pueden moverse a lo largo de la superficie del material (en contraste con un parámetro de orden local como en la teoría convencional de fases de Ginzburg-Landau).
Fases topológicas y simuladores cuánticos
Estas fases topológicas se han observado experimentalmente en sistemas de materia condensada y, más recientemente, en simuladores cuánticos. Estos últimos son plataformas muy versátiles, que permiten simular un material con otro sistema cuántico en un entorno muy controlable. En el caso de los aislantes topológicos, este grado de control es particularmente prometedor para descubrir los mecanismos que conducen a estas fases.
La simulación cuántica de estos materiales exóticos generalmente se basa en la generación de campos de calibre artificiales. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que las fases topológicas también pueden surgir de interacciones de partículas. Este último mecanismo conduce al concepto de fases topológicas inducidas por interacción, en las cuáles la topología se adquiere a través de un proceso espontáneo de ruptura de simetría. La interacción de la ruptura espontánea de la simetría con las propiedades topológicas globales puede dar lugar a efectos muy interesantes.
En un artículo reciente publicado en la revista Physical Review Letters y destacado como sugerencia de un editor, informan cómo esta interacción puede conducir a nuevos efectos topológicos fuertemente correlacionados en un material 2D. El estudio lo han publicado los investigadores del ICFO Sergi Julià-Farré dirigidos por el profesor Maciej Lewenstein y Alexandre Dauphin, en colaboración con el profesor Markus Müller de la Universidad RWTH Aachen y Forschungszentrum Jülich.
El equipo ha demostrado cómo las interacciones pueden localizar partículas en la masa aislante, lo que conduce a polarones – cuasipartículas compuestas por un electrón y un campo de deformaciones asociado- atrapados en sí mismos. Además, también han demostrado cómo la naturaleza interactiva – interacciones de muchos cuerpos – en estos sistemas cuánticos topológicos pueden dar lugar a nuevas fases de la materia, que simultáneamente exhiben características espaciales ricas y propiedades topológicas. Curiosamente, la topología no trivial asociada a cada dominio conduce a la aparición de estados conductores protegidos, localizados en los límites de esos mismos dominios.
Referencia: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.240601