Efeitos de proximidade de sistemas magnéticos em isolantes topológicos

Abstract

Os efeitos de interação de sistemas magnéticos com os estados de superfı́cie de isolantes topológicos são de grande interesse devido a apresentar caracterı́sticas interessantes e de po- tencial aplicação tecnológica, tais como uma superfı́cie metálica de condução helicoidal e um bulk isolante. O objetivo geral deste trabalho é a realização de uma revisão bibliográfica so- bre alguns aspectos dos Isolantes Topológicos, os modelos e as caracterı́sticas principais dos efeitos Hall clássico, quântico, quântico de spin e isolantes topológicos 3D; com foco no efeito magneto-elétrico topológico e suas consequências nos efeitos de interação com os estados de superfı́cie do isolante topológico. Por fim, como alguns sistemas magnéticos se acoplam nos estados de superfı́cie levando a comportamentos exóticos de condução, quebras de simetria, excitações de quasi-partı́culas e aberturas locais de gap de energia para os estados de su- perfı́cie com uma quantização Hall semi-inteira devido a interação de impurezas magnéticas, vórtices, skyrmions, ferromagnetos e paredes de domı́nio. Espera-se que as pesquisas em iso- lantes topológicos possam ser usadas em novas gerações de dispositivos eletrônicos, circuitos fotônicos e spintrônicos, transistores, aplicações em conjunto com supercondutores ou em computadores quânticos. Palavras-Chave: Isolantes topológicos. Estados de superfı́cie. Magnetismo. Efeito magneto-elétrico topológico.

The interaction effects of magnetic systems with the surface states of topological insulators are of great interest due to their interesting characteristics and potential technological ap- plication, such as a helically conductive metallic surface and an insulating bulk. The general objective of this work is to carry out a Literature review on some aspects of Topological Insulators, the models and main characteristics of the classical, quantum, quantum spin Hall effects and 3D topological insulators; focusing on the topological magnetoelectric effect and its consequences on the interaction effects with the surface states of the topological insulator. Finally, how some magnetic systems couple to the surface states leading to exotic conduc- tion behaviors, symmetry breaks, quasi-particle excitations and local gap energy openings for surface states with a half-integer Hall quantization due to the interaction with magnetic impurities, vortexs, skyrmions, ferromagnets and domain walls. It is expected that research on topological insulators can be used in new generations of electronic devices, photonic and spintronic circuits, transistors, applications in conjunction with superconductors or in quan- tum computers. Keywords: Topological insulators. Surface states. Magnetism. Topological magneto-electric Effect.