Este proyecto se llevará a cabo en un laboratorio líder en el MIT con un grupo de investigación reconocido mundialmente, dirigido por el Dr. Jagadeesh Moodera (galardonado con el premio APS Oliver E. Buckley en 2009). Técnicamente hablando, este proyecto (conocido y apoyado por el Dr. Moodera) se basa en la experiencia adquirida anteriormente por el solicitante durante la preparación de su tesis doctoral y su interacción previa con el grupo del Dr. Moodera.

El objetivo principal del proyecto es fabricar y estudiar aislantes topológicos (AI) como películas delgadas o como parte de dispositivos de unión túnel. Los aislantes topológicos son un nuevo tipo de materiales que son aislantes en volumen pero presentan estados de superficie (o borde, para un material 2D) polarizados en espín y con direcciones de propagación distintas.

Estos sistemas están siendo fuertemente investigados en instituciones académicas de todo el mundo y podrían dar lugar a dispositivos espintrónicos de bajo consumo. El grupo del Dr. Moodera se ha convertido en un líder mundial en el campo de los AI magnéticos.

Objetivos principales

1. Fabricación de dispositivos túnel entre una capa de AI normal o magnético y un electrodo ferromagnético.
2. Investigación de la estructura de bandas de los AI y el transporte de espín polarizado por medidas de transporte electrónico a baja temperatura.
3. Caracterización de las corrientes de superficie (o borde) polarizadas en espín de capas de AI ferromagnético mediante medidas de transporte electrónico.
4. Fabricación de compuestos ternarios de AI en los que se han predicho propiedades superconductoras o semimetálicas.
5. Medidas de ruido electrónico en los dispositivos túnel, en colaboración con el grupo MAGNETRANS de la Universidad Autónoma de Madrid, grupo anterior del solicitante.

Estudio alternativo y complementario

Asimismo, proponemos un estudio alternativo y complementario de los AI mencionados por microscopía de efecto túnel (STM).

1. Caracterización local de la densidad de estados en la superficie de los AI, así como la topología de las películas y el sondeo de los estados de superficie o borde polarizados en espín mediante el uso de una punta ferromagnética.

Además, se utilizarán películas de AI y AI magnéticos de alta calidad estructural para obtener copos de aislante topológico en fase 2D (unas pocas monocapas) con el fin de aprovechar sus estados de borde polarizados en espín para inducir la inversión de la imanación en un ferromagnético. Esta parte del proyecto se llevará a cabo en colaboración con el Instituto IMDEA en Madrid, donde poseen amplia experiencia en el estudio de cristales bidimiensionales.

El conocimiento obtenido en este proyecto podría avanzar en gran medida la aplicación práctica de los aislantes topológicos. El interés en los aislantes topológicos ha aumentado de forma exponencial en los últimos años por su prometedora aplicación en la tecnología de almacenamiento de datos. Este proyecto es oportuno, pertinente y si es llevado a cabo con éxito, constituirá un paso fundamental en la comprensión de los aislantes topológicos y sus posibles aplicaciones.