Sommario: I risultati di un progetto di ricerca che ha coinvolto Antimo Marrazzo, primo autore del lavoro e ricercatore del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste, e Marco Gibertini, ricercatore all’Università di Modena e Reggio Emilia, sono stati appena pubblicati open-access sulla prestigiosa rivista scientifica npj 2D Materials and Applications (link all'articolo: https://rdcu.be/cMwts). Il progetto riguarda la predizione dell’esistenza di isolanti topologici ferroelettrici in eterostrutture composte da due monolayer non topologici, che interagiscono tramite le forze di van der Waals. In particolare, questo stato topologico e ferroelettrico emergente è molto robusto e non dipende dall'orientazione relativa tra i due monolayer, aprendo la strada per un controllo non volatile degli stati di bordo topologici, dove il trasporto di carica e spin avviene a bassa dissipazione.

Gli isolanti topologici sono una particolare classe di materiali con proprietà robuste rispetto a possibili perturbazioni e disordine, che li rendono in un certo senso non banali, eccezionali. Al loro interno sono appunto isolanti, ma su bordi e superfici esterne possono condurre elettricità quasi senza dissipazione. Per sfruttarli in possibili applicazioni tecnologiche sarebbe utile poter accendere e spegnere queste proprietà topologiche e i corrispondenti stati metallici ai bordi. Gli approcci finora considerati si basano su effetti volatili, in cui le trasformazioni da uno stato topologico a uno cosiddetto “banale” richiedono energia per essere mantenute.

Marrazzo e Gibertini hanno invece predetto, usando modelli analitici e simulazioni da principi primi, che è possibile sfruttare la ferroelettricità per avere un controllo duraturo e non volatile della topologia. Componendo insieme due materiali bidimensionali “banali”, di cui uno ferroelettrico, è possibile creare una eterostruttura in cui in uno stato di polarizzazione ferroelettrica il sistema è topologico (già di per sé un effetto sorprendente) mentre in quello opposto è banale, permettendo quindi di controllare con un campo elettrico esterno non solo la polarizzazione ma anche lo stato topologico. Lo studio è ora pubblicato open-access sulla prestigiosa rivista npj 2D Materials and Applications, e stimolerà vari gruppi a dare conferma sperimentale a queste predizioni.