Científicos descifran metal cuántico que podría transformar la tecnología electrónica futura

MadridCientíficos liderados por Qimiao Si de la Universidad de Rice han descubierto información crucial sobre un tipo de metal que se comporta de manera singular a nivel cuántico. Sus hallazgos, publicados en la revista Physical Review Letters, explican cómo actúan los electrones en estos materiales cuánticos. Este conocimiento podría llevar a dispositivos electrónicos más avanzados. Estos materiales tienen características especiales debido a cambios en sus estados cuánticos y estructuras electrónicas, lo que podría tener un gran impacto en la tecnología futura.

Los investigadores se centraron en:

• Las transiciones de fase cuántica, donde los electrones cambian de fase bajo diferentes condiciones ambientales.
• El acoplamiento Kondo y los líquidos de espín quiral en estructuras de red específicas.
• La respuesta del efecto Hall ante los puntos críticos cuánticos.

Este estudio se centra en el impacto de la mecánica cuántica en los electrones. Los materiales cuánticos son diferentes de los materiales clásicos porque siguen experimentando fluctuaciones cuánticas, incluso a temperatura cero absoluto. Estas fluctuaciones provocan transiciones de fase cuántica, lo que conduce a propiedades físicas inusuales conocidas como criticidad cuántica.

La estructura de estos estados cuánticos abre nuevas posibilidades. En la electrónica, la topología puede generar comportamientos que los materiales tradicionales no pueden. Estos comportamientos únicos son esenciales para crear dispositivos electrónicos avanzados.

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Qimiao Si colaboró con el equipo de Silke Paschen en la Universidad Tecnológica de Viena en un estudio minucioso. Desarrollaron un modelo teórico que analizaba dos tipos de electrones: lentos y rápidos. Los electrones lentos forman un estado conocido como líquido de espín cuántico, que carece de un patrón ordenado debido a sus complejas disposiciones. Al interactuar este líquido de espín cuántico con los electrones rápidos, se produce un efecto topológico y se transforma en una fase Kondo. Esta interacción es fundamental para entender muchas propiedades de los materiales cuánticos.

Estos materiales tienen un gran impacto en el efecto Hall, que describe cómo una corriente eléctrica es desviada lateralmente por un campo magnético. La topología de estos estados cuánticos modifica considerablemente el efecto Hall. Los científicos observaron un cambio significativo en el efecto Hall en el punto crítico cuántico. Esta variación ocurre incluso con un campo magnético pequeño, lo que lo convierte en un marcador muy sensible del comportamiento electrónico.

Este hallazgo podría conducir al desarrollo de tecnología avanzada en el futuro. La fuerte reacción del efecto Hall durante los cambios de fase cuántica puede utilizarse para crear sensores muy sensibles. Estos sensores podrían ser útiles en áreas como la salud y el monitoreo ambiental. Las propiedades únicas de este nuevo metal crítico cuántico pueden ayudar a desarrollar dispositivos electrónicos que trabajen con alta sensibilidad y precisión.

Investigadores de la Universidad de Anhui y la Universidad Estatal de California colaboraron en el estudio con apoyo de diversas fundaciones de investigación. Sus esfuerzos combinados avanzaron en el campo de la ciencia de materiales cuánticos.