Descubren la existencia de tornados cuánticos en un espacio exótico

Se sabe desde hace algún tiempo que los electrones pueden formar vórtices en materiales cuánticos. Eso sucede en el “espacio de posiciones”, que es el nombre técnico para lo que en nuestra vida cotidiana es el espacio real o propiamente dicho. Sin embargo, una nueva investigación ha conducido a un hallazgo sorprendente: los electrones también pueden formar vórtices, comparables a tornados, en un espacio exótico denominado “espacio de momentos”.

El espacio de momentos es un concepto fundamental de la física que describe el movimiento de los electrones en términos de energía y dirección, en vez de sobre su posición física exacta. Hasta ahora, los citados vórtices solo se habían observado en el espacio de posiciones, o sea en el espacio normal.

Hace ocho años, Roderich Moessner teorizó que un vórtice cuántico también podía formarse en el espacio de momentos. En aquel momento, Moessner describió el fenómeno como un “anillo de humo” porque, al igual que los anillos de humo, está formado por vórtices. Sin embargo, hasta ahora nadie sabía cómo captarlos y medirlos.

Ahora, un equipo dirigido desde las universidades de Wurzburgo y Dresde en Alemania, ha confirmado mediante experimentos que ciertamente los electrones pueden crear estructuras parecidas a tornados en el espacio de momentos.

Concretamente, los investigadores han comprobado este fenómeno en un semimetal cuántico, el arseniuro de tantalio.

Recreación artística de tornado cuántico. (Ilustración: Jorge Munnshe para NCYT de Amazings)

La demostración de este fenómeno cuántico marca un hito importante en la investigación de materiales cuánticos. El equipo, integrado, entre otros, por Maximilian Ünzelmann y Tim Figgemeier, espera que el comportamiento como un tornado de los electrones en el espacio de momentos pueda abrir el camino hacia nuevas tecnologías cuánticas, como la orbitrónica, que, en vez de servirse de la carga eléctrica para transmitir información en componentes electrónicos, se valdría de otra característica del electrón, relacionada con su órbita, reduciendo de manera notable las pérdidas de energía.

Ünzelmann, Figgemeier y sus colegas exponen los detalles técnicos de su descubrimiento en la revista académica Physical Review X, bajo el título “Imaging Orbital Vortex Lines in Three-Dimensional Momentum Space”. (Fuente: NCYT de Amazings)