Transporte em isolante topológico e nanoestruturas semicondutoras

Resumo

A recente descoberta de isolantes topológicos, assim como outros avanços em física de matéria condensada básica, permite novas aplicações que exploram este novo conhecimento. As propriedades de superfícies desses isolantes podem resultar em novos dispositivos spintronicos ou magnéticos. Além disso, em combinação com supercondutores, isolantes topológicos podem levar a uma nova arquitetura de computadores quânticos com bit que possuem propriedades topológicas. Esses isolantes já tiveram um impacto considerável em física de matéria condensada, deixando bem claro que os efeitos topológicos que foram previstos somente para as temperaturas baixas e campos magnéticos altos e podem determinar a física de materiais de sistemas macroscópicos em condições ambientais. Propomos a pesquisa de estados de isolantes topológicos e o efeito Hall quântico de spin (quantum spin Hall effect -QSHE) em estruturas semicondutoras de HgTe/CdTe produzidas no Instituto da Física de Semicondutores, o Novosibirsk. Este sistema é caracterizado pelos efeitos de spin orbita de Rashba mais fortes (conseguindo dezenas meV e respectivamente sendo comparável com a energia de Fermi). O estudo de isolantes topológicos e o efeito Hall quântico de spin em estruturas semicondutoras de HgTe/CdTe e as colaborações entre IFUSP e Instituto da Física de Semicondutores começaram em 2007 com propostas para a FAPESP (auxílios a pesquisadores visitantes: 2007/07953-2, 2008/09212-2, 2010/10097-3). Vários trabalhos já foram publicados e submetidos (entre deles 1 Physical Review Letters) envolvendo o uso destas amostras [Ref.1-3], e vários trabalhos estão em fase de preparação. Alguns benefícios deste projeto serão: a evolução de conhecimento da Física dos sistemas nanoestruturados, o desenvolvimento das técnicas de caracterização de poços quânticos de HgTe da alta qualidade e a aplicação possível deste conhecimento (ou as suas conseqüências) em futuros dispositivos em spintronica. (AU)