Un mundo de materiales topológicos

Mon, 17/06/2019 - 12:53

Vivimos en un mundo de materiales topológicos. La aplicación de la topología a la descripción física de la naturaleza permite una nueva comprensión de los elementos cuyas propiedades, desde este nuevo punto de vista, prometen múltiples aplicaciones, desde la computación cuántica hasta la electrónica. Pero antes hay que identificar qué materiales presentan propiedades topológicas. En esta tarea trabaja Maia García Vergniory, investigadora del Donostia International Physics Center (DIPC) y la Fundación Vasca para la Ciencia (Ikerbasque) que desarrolla un nuevo método de identificar y clasificar materiales topológicos, elaborando una nueva tabla periódica de los elementos según sus propiedades topológicas. La investigadora presenta este nuevo método en un nuevo Coloquio Severo Ochoa en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València) el jueves 20 de junio.

La topología es la rama de las matemáticas que estudia qué propiedades de los cuerpos geométricos permanecen invariantes cuando los deformamos de manera suave. El ejemplo clásico es un donut transformándose en una taza de café: desde el punto de vista de la topología ambos tienen la misma propiedad invariante (un agujero). La combinación de esta técnica descriptiva con la física cuántica está creando una nueva forma de ver y entender el mundo subatómico.

El comportamiento de los electrones en un material, una propiedad descrita por la física cuántica, determina su conductividad, su capacidad para permitir el paso de una corriente electromagnética. En un material topológico, la conductividad es una propiedad invariante definida por diferencias entre fases o estados del mismo que le confieren extraordinarias propiedades: sus bordes están fuertemente protegidos pero son excelentes conductores de electricidad, además en condiciones ambientales normales.

Los pioneros de la aplicación de la topología a la descripción de estados cuánticos de los materiales, David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz, recibieron el Nobel de Física en 2016 por sus trabajos, iniciados en la década de 1970. Desde hace solo una década se vienen describiendo los primeros materiales topológicos, calculando el nivel energético en el que se encuentran sus electrones. Mediante este método se hallaron unos pocos centenares de materiales topológicos de los 200.000 materiales inorgánicos conocidos.

En 2017, un grupo internacional de investigadores entre los que se encontraba Maia García Vergniory publicó en Nature Physics un método para identificar materiales topológicos de forma más rápida, mediante la teoría de grupos matemática y los enlaces químicos. Posteriormente utilizaron este método para estudiar una base de datos de 25.000 materiales inorgánicos, descubriendo que más del 27% de los materiales que se encuentran en la naturaleza son topológicos. Estos resultados se recogen en una web donde se pueden ver las propiedades topológicas de los materiales analizados, una nueva ‘tabla de elementos topológicos’.

Maia García Vergniory (Getxo, 1978) es investigadora de la Fundación Vasca para la Ciencia (Ikerbasque) en el Donostia International Physics Center (DIPC). Tras doctorarse en la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), ha realizado estancias postdoctorales en el Lawrence Berkeley National Laboratory (EE.UU.) y el Max Planck Institute of Microstructure Physics (Alemania), además del DIPC. Entre otros reconocimientos obtuvo el Premio L’Oreal-Unesco For Women in Science en 2017, junto a la investigadora del IFIC Mariam Tórtola.

Más información:

“The Topological Periodic Table of Materials”

Maia García Vergniory (Donostia International Physics Center and IKERBASQUE, Basque Foundation for Science)

Jueves, 20 de junio. 12 horas. Salón de Actos Edificio de Cabecera, Parc Científic Universitat de València.

https://indico.ific.uv.es/event/3675/

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Maia García Vergniory, investigadora Ikerbasque en el Donostia International Physics Center (DIPC). Fuente: Twitter.