Científicos descubren bandas planas en sistemas electrónicos, lo que potencia la tecnología cuántica

MadridInvestigadores de la Universidad de Rice han descubierto la posible existencia de bandas electrónicas planas en el nivel de Fermi. Este hallazgo podría contribuir a mejorar la computación cuántica y los dispositivos electrónicos. Su estudio fue publicado en Nature Communications el 19 de junio.

Los materiales cuánticos se rigen por los principios de la mecánica cuántica. En estos materiales, los electrones poseen niveles de energía específicos, siendo el más alto el llamado nivel de Fermi. Los electrones se repelen entre sí y sus movimientos están interconectados. El equipo liderado por Qimiao Si descubrió que estas interacciones pueden generar nuevos niveles de energía planos en el nivel de Fermi, haciéndolos aún más relevantes.

Las bandas electrónicas planas potencian las interacciones entre los electrones, lo que puede dar lugar a nuevos estados cuánticos y comportamientos únicos de baja energía. Estas bandas son especialmente útiles en materiales con electrones d, que son iones de metales de transición. Dichos materiales presentan estructuras cristalinas distintivas y propiedades especiales.

Los hallazgos del equipo sugieren:

• Nuevas formas de diseñar materiales con electrones d
• Posibles nuevas aplicaciones en bits cuánticos (qubits)
• Usos en espintrónica

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Los investigadores descubrieron que las interacciones entre electrones pueden conectar estados de electrones en reposo y en movimiento. Utilizando un modelo teórico, demostraron que estas interacciones pueden generar un nuevo tipo de efecto Kondo, donde las partículas en reposo adquieren la capacidad de moverse al interactuar con electrones en movimiento en la energía de Fermi.

Los materiales anyónicos podrían ser útiles para los bits cuánticos (qubits). Los materiales que contienen fermiones de Weyl podrían emplearse en la electrónica basada en el spin. Estos materiales podrían responder eficazmente a señales externas y permitir un control cuántico avanzado.

Los colaboradores de esta investigación incluyen:

• Fang Xie y Shouvik Sur, becarios postdoctorales de física y astronomía en Rice
• Haoyu Hu, ex alumno de Rice y becario postdoctoral en el Centro Internacional de Física Donostia
• Silke Paschen, física en la Universidad Tecnológica de Viena
• Jennifer Cano, física teórica en la Universidad de Stony Brook y el Instituto Flatiron