Controle através de pressão uniaxial da simetria de materiais com topologia não trivial

Resumo

O estudo da topologia das estruturas de banda mudou fundamentalmente a maneira como entendemos as propriedades eletrônicas dos sólidos. Isolantes com simetria de reversão temporal podem ser classificados em isolantes normais, isolantes topológicos fracos e isolantes topológicos fortes com base no gap de energia que apresentam. Além dos isolantes podemos ter uma fase de semimetal de Dirac ou Weyl sem a presença de gap de energia entre as bandas de valência e condução. Além do interesse de ciência básica em compreender tais materiais, existe também a perspectiva de controlar suas propriedades e colocá-los em uso no cotidiano. As aplicações potenciais incluem geração, transmissão e armazenamento eficientes de energia elétrica. Essas fases topológicas têm sido intensamente estudadas na última década, porém a transição entre essas fases e o controle de suas propriedades de transporte é menos explorado. Desta forma, o controle preciso in situ da transição de fase topológica em um sistema tridimensional (3D) ainda é um grande desafio. Para superar esse desafio, aqui propomos explorar o efeito da pressão uniaxial nas propriedades estruturais e eletrônicas de duas classes de materiais magnéticos que exibem topologia não trivial: os materiais antiferromagnéticos com efeito Hall anômalo gigante da família Mn3X, (X = Si, Ge) e os compostos isolantes topológicos ferromagnética de estequiometria Bi2X3, (X = Se, Te). Para aprofundar nosso conhecimento sobre os efeitos da pressão na estrutura cristalina dos materiais e ser capaz de correlacionar as mudanças na estrutura com as propriedades de transporte, iremos desenvolver na linha de luz EMA do Sirius uma nova instrumentação que irá nos permitir que os experimentos de difração de monocristais de alta resolução sob pressão uniaxial possam ser realizados nas mesmas condições em que os experimentos de transporte. Os resultados científicos deste projeto levarão a uma compreensão mais profunda da correlação entre a estrutura cristalina e as propriedades eletrônicas em materiais que apresentam topologia não trivial. Além dos objetivos científicos, o desenvolvimento da nova instrumentação para experimentos de difração de raios-X sob pressão uniaxial abrirá várias possibilidades para o estuo de ciência dos materiais no Brasil muito além das classes de materiais proposta neste projeto. (AU)