Cientistas da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC) demonstraram um método inovador capaz de utilizar mecanismos compatíveis com dispositivos eletrônicos modernos para realizar a comutação reversível do estado topológico de materiais quânticos. Este resultado de pesquisa foi publicado na Nature Materials, oferecendo novas ideias para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de baixo consumo baseados em correntes protegidas topologicamente. A Dra. Megan Arenson, do Instituto de Matéria Quântica Stuart Blusson da UBC, destacou: “Dispositivos eletrônicos tradicionais desperdiçam energia e geram calor devido à resistência, enquanto correntes topológicas, protegidas por simetria, têm potencial para reduzir significativamente a dissipação.”

A equipe de pesquisa revelou detalhadamente o princípio de funcionamento do interruptor topológico. Por meio de experimentos, eles controlaram completamente o “anel nodal” topológico do material, uma estrutura que atua como um canal circular de alta condutividade para elétrons. Quando a simetria da rede atômica é preservada, o anel nodal permanece aberto, permitindo a livre movimentação dos elétrons; quando a simetria é quebrada, o anel nodal se rompe, criando uma lacuna de energia. O Dr. Joern Bannies, primeiro autor do estudo, afirmou: “Temos um material que permite manipular a simetria da estrutura cristalina de forma arbitrária e repetível, validando as previsões teóricas.”

Os pesquisadores também identificaram dois fatores-chave para controlar a transição topológica: o primeiro é alterar a proporção de antimônio e telúrio no cristal, ajustando o número de elétrons e a disposição da rede; o segundo é depositar uma camada de potássio na superfície do cristal, restaurando a simetria, fechando a lacuna de energia e permitindo que a corrente topológica flua novamente. Ao aquecer a amostra para remover o potássio, o material retorna ao estado inicial, formando um interruptor eletrônico semelhante a um transistor. O Dr. Bannies enfatizou: “Esse comportamento de comutação foi observado repetidamente em diversos experimentos, provando que não é um fenômeno casual.”

A equipe utilizou a técnica de espectroscopia de fotoemissão com resolução angular (ARPES) para mapear as mudanças na estrutura eletrônica durante a variação da lacuna do anel nodal. O pesquisador sênior Dr. Matteo Micciardi afirmou: “A ARPES é a única técnica capaz de visualizar diretamente a estrutura eletrônica, permitindo que observemos em tempo real o processo de transição quântica.” O estudo demonstra que, ao adicionar ou remover elétrons, é possível ajustar a estrutura topológica eletrônica do material, abrindo novos caminhos para a integração perfeita entre a tecnologia de materiais quânticos e a eletrônica convencional.