Predicción y observación de un aislante topológico antiferromagnético

Los aislantes topológicos magnéticos son materiales semiconductores de banda prohibida estrecha que combinan una topología de banda no trivial y un ordenamiento magnético. Hasta ahora, los aislantes topológicos magnéticos son extrínsecos, esto es, se sintetizan al dopar aislantes topológicos no magnéticos con elementos de metales de transición 3d. Sin embargo, este método conduce a propiedades magnéticas y electrónicas altamente heterogéneas y no estables.

Una solución ideal sería la síntesis de un aislante topológico magnético intrínseco, es decir, un compuesto estequiométrico con ordenamiento magnético estable. 

Un grupo internacional de científicos predijo el aislante topológico antiferromagnético intrínseco MnBi₂Te₄mediante cálculos ab initio y sintetizó cristales cuya estructura muestra capas ferromagnéticas de Mn dispuestas antiferromagnéticamente y separadas por capas aislantes topológicas de Bi y Te. Demostraron experimentalmente que en la superficie (0001) del MnBi₂Te₄, donde se rompe la simetría, aparece una banda prohibida grande en el estado de superficie topológico. Se espera que esta propiedad contribuya a esclarecer fenómenos como el acoplamiento magnetoeléctrico cuántico y la electrodinámica de las partículas elementales conocidas como axiones.

Los resultados se publicaron en Nature