Topología de los Electrones con Gafas 3D
Se considera que los materiales cuánticos topológicos son una perspectiva prometedora para la electrónica de bajo consumo y la tecnología avanzada del futuro. Una de sus características más destacadas es la capacidad de conducir electrones polarizados por espín en su superficie, a pesar de no ser conductores en su parte interior.
Para entender mejor este concepto, es importante comprender que los electrones de espín polarizado poseen momento angular intrínseco, lo que indica que la dirección de rotación de sus partículas (espín) no es totalmente aleatoria.
La topología del electrón y el efecto fotoeléctrico
Los investigadores solían diferenciar los materiales topológicos de los convencionales estudiando sus corrientes superficiales. Sin embargo, ahora se ha demostrado que la topología del electrón está estrechamente relacionada con sus propiedades de onda cuántica y espín. Este vínculo se demostró directamente mediante el efecto fotoeléctrico, en el que la luz ayuda a liberar electrones de un material como el metal.
El profesor Giorgio Sangiovanni, miembro fundador de ct.qmat en Würzburg y uno de los físicos teóricos del proyecto, comparó este descubrimiento con el uso de gafas 3D para observar la topología de los electrones. Los electrones y los fotones pueden describirse mecánicamente como ondas y partículas. Así, los electrones poseen un espín medible, gracias al efecto fotoeléctrico”.
El equipo lo consiguió utilizando luz de rayos X polarizada circularmente, que posee torsión. Sangiovanni añadió: “Cuando un fotón interactúa con un electrón, la señal del material cuántico depende de la polarización derecha o izquierda del fotón”.
Esencialmente, la orientación del espín del electrón determina la intensidad relativa de la señal entre los dos haces polarizados. Este enfoque experimental es similar al uso de gafas polarizadas en un cine 3D, donde los haces de luz orientados de forma diferente crean el efecto 3D, permitiendo la visualización de la topología de los electrones.
Un hito en la caracterización de materiales cuánticos
El estudio pionero, liderado por el clúster de excelencia de Würzburg-Dresden ct.qmat (Complexity and Topology in Quantum Matter), ha logrado la primera caracterización topológica de materiales cuánticos. Este logro fue posible gracias a la utilización de un acelerador de partículas para producir la luz especial de rayos X necesaria, que desempeñó un papel fundamental en la creación del efecto de “cine en 3D” durante el experimento.
Los investigadores dedicaron tres años a esta monumental empresa, empezando por el metal kagome TbV6Sn6, un material cuántico. Los metales kagome, que se asemejan a los tejidos de cestería japoneses por su mezcla de entramados triangulares y de panal, son de especial interés en la búsqueda de materiales de ct.qmat.
Para asegurarse de que iban por buen camino, antes de realizar el experimento con el sincrotrón, el equipo simuló los resultados utilizando modelos teóricos y superordenadores. El Dr. del proyecto y físico teórico, Domenico di Sante, destacó la concordancia entre las mediciones y las predicciones teóricas, lo que permitió visualizar y confirmar la topología los metales kagome.
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