Fenómeno cuántico inesperado en un imán de grosor atómico
CIENCIAS EXACTAS: FÍSICA.
Durante la última década, se han ido elaborando y probando materiales bidimensionales con fascinantes efectos cuánticos que podrían aprovecharse para tecnologías de vanguardia.
Dichos materiales han mostrado superconductividad (conducción de electricidad sin pérdida de energía) y orden de carga (cuando los electrones se organizan siguiendo ciertas pautas colectivas en vez de moverse libremente en el material). Ahora, unos científicos han descubierto que uno de estos nuevos materiales, Fe5GeTe2, en forma de imán bidimensional (con grosor atómico) exhibe un estado de ordenamiento de carga en el que los electrones se mueven de forma colectiva e inusualmente despacio manteniendo además un estado de coherencia cuántica.
Gabriele Berruto (izquierda) y Shuolong Yang, en un momento de su labor de investigación. Foto: UChicago Pritzker Molecular Engineering / John Zich.
Este descubrimiento de electrones lentos en un material magnético 2D podría ser la base para desarrollar una nueva clase de dispositivos de memoria para ordenadores y otros aparatos.
El hallazgo es obra de un equipo integrado, entre otros, por Qiang Gao, Gabriele Berruto y Shuolong Yang, de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, dependiente de la Universidad de Chicago en Illinois, Estados Unidos.
La línea de investigación y desarrollo abierta con este descubrimiento no solo reescribe el conocimiento existente sobre el Fe5GeTe2 sino que además identifica nuevas aplicaciones tecnológicas para este material.
Descubierto hace siete años, el Fe5GeTe2 forma parte de una clase de materiales conocidos como imanes de Van der Waals, caracterizados, entre otras cosas, por sus capas tan delgadas que su grosor es del orden de un átomo.
Gao, Berruto, Yang y sus colegas examinaron el material con espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES por sus siglas en inglés), una técnica que utiliza fotones para expulsar electrones de la superficie de un material. Esto permite observar la estructura electrónica y los estados magnéticos del material.
Al enfocar un láser ultravioleta a 10 micrómetros, el equipo se sorprendió por lo que observó. La banda electrónica (el rango de energías que pueden tener los electrones dentro de un material y que determina si conduce la electricidad) era plana.
Una banda plana es un fenómeno extraño en el que los electrones dentro de un material no se mueven tan rápido como deberían. De hecho, se mueven muy lentamente, todos juntos.
“No estamos midiendo un solo electrón”, enfatiza Yang. “Estamos midiendo la interacción de miles o millones de electrones, y todos se mueven juntos de forma coherente. Es un fenómeno cuántico de múltiples cuerpos, y muy extraño”.
El descubrimiento cambia la perspectiva de científicos e ingenieros sobre este material.
“Las interacciones magnéticas dentro del material son totalmente diferentes a lo que predice la teoría”, subraya Berruto.
Gao, Berruto, Yang y sus colegas exponen los detalles técnicos de su hallazgo en la revista académica Science Advances, bajo el título “Interaction-driven flat band and charge order in Fe5GeTe2”.
Por: Redacción.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings