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Línea de luz LOREA, Sincrotrón ALBA.
Cerdanyola del Vallès, 9 de mayo 2023 LOREA es la 9a línea de luz del Sincrotrón ALBA, dedicada al estudio de la estructura electrónica de materiales sólidos mediante la técnica ARPES. Esta línea de luz, cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020, está plenamente operativa acogiendo a diferentes grupos de investigación de España y del extranjero.
Ahora, un estudio liderado por investigadores del IMDEA Nanociencia con la participación de investigadores del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), la Universitat de Barcelona (UB) y el Sincrotrón ALBA y el soporte teórico de la Academia de Ciencias de Bulgaria y el Donostia International Physics Center (DIPC) ha sido publicado en la revista Nano Letters. El foco de este trabajo es ver cómo un aislante topológico, una clase de material cuántico el interior del cual se comporta como un aislante eléctrico pero su superficie actúa como conductor, se ve afectado por el dopaje con materiales poco comunes.
Los resultados, obtenidos gracias a las medidas ARPES realizadas en LOREA, demostraron que el dopaje de Bi2Se2Te con los elementos raros (Er y Dy) modificó sus propiedades electrónicas, como la estructura de bandas y la superficie de Fermi, que explican la distribución de los electrones responsables de la corriente eléctrica. Al hacerlo, los investigadores descubrieron una fuerte interacción magnética entre el dopante y el sustrato, y encontraron que su fuerza, superior a la prevista, afectaba a la simetría de las propiedades electrónicas del material y, por tanto, la forma en que los electrones transportan la carga eléctrica. Con este nuevo descubrimiento, los investigadores han dado un paso que ayudará a ampliar el conocimiento de los materiales cuánticos para la espintrónica y podría conducir a una tecnología innovadora en un futuro no tan lejano.
Los datos experimentales se obtuvieron en la línea de luz LOREA mediante la técnica ARPES (espectroscopia de fotoemisión de ángulo resuelto) y con medidas XPS (espectroscopia de fotoemisión de rayos X), para estudiar las propiedades electrónicas y las interacciones entre el sustrato y el dopante de elementos raros.
Massimo Tallarida, científico responsable de la línea de luz LOREA, comenta cómo este estudio abre nuevas oportunidades de investigación en el campo: "Gracias a la observación directa del fuerte ensamblaje de intercambio con las técnicas experimentales que ofrece LOREA, podemos proponer un método para dopar aislantes topológicos con impurezas de elementos raros de forma controlada para realizar el efecto anómalo cuántico Hall, que consiste en la formación de corrientes polarizadas sin disipación de spin en ausencia de campo magnético".
Superficie Fermi (FS) del Bi2Se2Te prístino, que muestra la deformación hexagonal del aislante topológico (izquierda) y para la monocapa 0,3 Er (ML) / Bi2Se2Te, mostrando la deformación trigonal de la TSS (derecha). Todas las medidas adquiridas en LOREA han sido con una energía fotónica hν = 52 eV y a baja temperatura T = 15 K.
Referencia: Experimental Demonstration of a Magnetically Induced Warping Transition in a Topological Insulator Mediated by Rare-Earth Surface Dopants. Beatriz Muñiz Cano, Yago Ferreiros, Pierre A. Pantaleón, Ji Dai, Massimo Tallarida, Adriana I. Figueroa, Vera Marinova, Kevin García-Díez, Aitor Mugarza, Sergio O. Valenzuela, Rodolfo Miranda, Julio Camarero, Francisco Guinea, Jose Angel Silva-Guillén, and Miguel A. Valbuena. Nano Lett. 2023, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00587
Proyecto cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
