Topologia e Transporte em Nanomateriais Quirais Magnetoelétricos sob Condições Extremas

• Processo: 23/06522-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Brasil
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Rodrigo Barbosa Capaz
• Beneficiário: Rodrigo Barbosa Capaz
• Pesquisador visitante: Marcello Barbosa da Silva Neto
• Instituição do Pesquisador Visitante: Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Instituto de Física (IF), Brasil
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Magnetismo Materiais quânticos Transporte eletrônico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Magnetismo | materiais quânticos | Sistemas topológicos | transporte eletrônico | Materiais Quânticos

Resumo

O objetivo desta proposta é investigar a conexão entre topologia e transporte eletrônico em nanomateriais quirais magnetoelétricos, sob condições extremas. Este projeto será realizado pelo pesquisador visitante (PV), Prof. Dr. Marcello Barbosa da Silva Neto, no grupo do Prof.Dr. Rodrigo Capaz, diretor do LNNANO/CNPEM. Iremos estudar, teorica, numérica e experimentalmente, materiais semicondutores, quirais, girotrópicos e magnetoelétricos, que possam ser levados a um estado metálico pela variação de parâmetros externos. Nestes materiais, topologia e transporte se conectam através das diferentes possibilidades para a curvatura de Berry, via quebra da simetria por reversão temporal ou pela quebra da simetria por inversão espacial, que deixam assinaturas únicas nas propriedades de transporte a serem comparadas aos experimentos. Os métodos teóricos a serem utilizados incluem a teoria axiônica para materiais topológicos com acoplamento magnetoelétrico, o eletromagnetismo emergente devido ao acoplamento spin-órbita, a teoria de Mott para metais e semicondutores dopados em baixas temperaturas, as correções quânticas à condutividade em sistemas desordenados, as equações cinéticas de transporte de Boltzmann na presença de campos elétricos e magnéticos externos, o método k.p para estados de Bloch em bandas com curvatura de Berry não nula e as funções de Green de muitos corpos para sistemas fortemente correlacionados. Alguns fenômenos a serem investigados incluem termoelectricidade, condutividade elétrica, resposta Hall anômala, efeito magnetoquiral, efeito Nernst, rotações de Kerr e Faraday, efeito Pockels, todos sob condições extremas de temperatura, campos externos, pressão e desordem. Os protótipos a serem estudados são semicondutores por hibridização com transição isolante metal próxima a um estado ferromagnético, e também materiais correlacionados com transição isolante metal próxima a um estado ferroelétrico. Uma atenção especial será dada aos materiais girotrópicos quirais, como o telúrio elemental, Te, oudopado, Sb:Te, em todas as suas formas alotrópicas em 1D, 2D e 3D, bem como a outros compostos à base de telúrio como por exemplo: ZrTe5, MnBi2Te4, Bi2Te3 entre outros. Nestes compostos, a combinação de girotropia e não homogeneidade em nanoescala faz com que estes apresentem respostas únicas, compondo uma classe de materiais onde ocorrem, simultaneamente, as quebras de reversão temporal e inversão espacial, transformando-os em novos paradigmas no estudo das propriedades de transporte em sistemas topológicos. A execução deste projeto contará ainda com a participação de outras instituições no estado de São Paulo, como Unicamp, USP, ILUM, LNLS e LNNANO. O LNNANO/CNPEM permitirá o design, a fabricação e a caracterização de protótipos para dispositivos tecnológicos em nanoescala com possíveis aplicações como sensores óticos, magnéticos e termelétricos, de armazenadores eficientes de energia sustentável e também de nanodiodos e nanotransistores topológicos. (AU)