Logran a temperatura ambiente efectos cuánticos que solo ocurrían a temperaturas bajísimas

Unos físicos han observado, en un aislante topológico a temperatura ambiente, efectos cuánticos que hasta ahora solo eran posibles muy cerca de la temperatura más baja que permiten las leyes de la física.

Este avance se produjo cuando un equipo integrado, entre otros, por Nana Shumiya y M. Zahid Hasan, de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, exploró un nuevo material topológico basado en el elemento bismuto.

Los aislantes topológicos, una clase de materiales exóticos muy utilizada en investigaciones cuánticas, actúan como aislantes en su interior, lo que significa que los electrones de su interior no tienen libertad de movimiento y, por tanto, no conducen la electricidad. Sin embargo, los electrones de los bordes del aislante sí son libres de moverse, lo que significa que los bordes son conductores. Además, debido a las propiedades especiales de la topología, los electrones que fluyen por los bordes no se ven obstaculizados por ningún defecto o deformación. Los aislantes topológicos tienen importantes utilidades potenciales en tecnologías cuánticas. Y también pueden ayudar a obtener nuevos y reveladores conocimientos sobre la conducta cuántica de la materia.

Sin embargo, hasta ahora los únicos aislantes topológicos conocidos eran los que funcionan a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero, la temperatura más baja que las leyes de la física permiten). La exigencia de tener que mantener esos materiales a temperaturas tan bajas limitaba mucho su uso en aplicaciones prácticas, teniendo en cuenta lo caro y aparatoso que resulta una refrigeración tan extrema.

El nuevo aislante topológico es un compuesto cristalino inorgánico hecho de bromuro de bismuto.

El nuevo aislante topológico, fabricado a partir de los elementos bismuto y bromo, presenta comportamientos cuánticos especializados que normalmente solo se ven en condiciones experimentales extremas que incluyen temperaturas cercanas al cero absoluto. (Imagen: Shafayat Hossain / M. Zahid Hasan / Princeton University)

Este hallazgo abre un nuevo abanico de posibilidades para el desarrollo de tecnologías cuánticas eficientes, como la electrónica basada en el espín (espintrónica), que podría sustituir a muchos sistemas de la electrónica actual para lograr una mayor eficiencia energética.

Shumiya y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature Materials, bajo el título “Evidence of a room-temperature quantum spin Hall edge state in a higher-order topological insulator”. (Fuente: NCYT de Amazings)