Jorge Facio
Observando transiciones de fase topológicas vía efectos de la fase de Berry
Jorge I. Facio*a
a IFW-Dresden, Alemania
Cuando un material se encuentra cerca de una transición de fase tiende a presentar una fuerte respuesta a pequeñas perturbaciones externas. Este comportamiento es bien conocido en sistemas que presentan transiciones asociadas al desarrollo de orden de largo alcance donde buena parte de la física se puede conocer estudiando un parámetro de orden local. Por el contrario, en sistemas que presentan una transición de fase topológica, la identificación de propiedades cuya medición permita la detección experimental de la transición es una problema abierto. Un ejemplo conocido es BiTeI, en el que cálculos de funcional densidad han predicho transiciones como función de la presión, primero de aislante trivial a semimetal de Weyl, y luego, de semimetal de Weyl a aislante topológico, pero la detección experimental fehaciente de estas transiciones aún no se ha logrado.
En esta charla primero introduciremos la respuesta de tipo Hall no-lineal en el campo eléctrico (RHNL). Este tipo de efecto, medido por primera vez recientemente [1], se origina en la fase de Berry de los estados de Bloch, y está determinada por un tensor denominado el dipolo de curvatura de Berry. En segundo lugar, mediante cálculos de primeros principios en BiTeI, demostraremos que la RHNL aumenta dos órdenes de magnitud en los puntos críticos de la transiciones de fase topológicas, y que presenta signo opuesto en la fases aislantes topológicamente distintas [2]. Estas características están íntimamente relacionadas con las propiedades topológicas de la estructura electrónica, de modo que la RHNL se presenta como una cantidad natural para caracterizar experimentalmente las transiciones de fases donde la topología cambia. Por último, pondremos brevemente nuestro trabajo en el contexto de otros resultados de la literatura que en conjunto indican el rol fundamental que desempeña el dipolo de curvatura de Berry en sistemas no-centrosimétricos.
[1] Ma, Q., Xu, S. Y., Shen, H., MacNeill, D., Fatemi, V., Chang, T. R., ...& Fang, S. 2019. Observation of the nonlinear Hall effect under time-reversal-symmetric conditions. Nature, 565(7739), 337. DOI: 10.1038/s41586-018-0807-6
[2] Facio, J. I., Efremov, D., Koepernik, K., You, J. S., Sodemann, I., & Van den Brink, J. 2018. Strongly enhanced Berry dipole at topological phase transitions in BiTeI. Physical review letters,121(24), 246403. DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.246403