Cuando los electrones cantan en armonía y perciben la forma de su hogar
Investigadores de Hamburgo observan coherencia cuántica sensible a la forma en estructuras Kagome con forma de estrella
Anuncios
Físicos del Instituto Max Planck de Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) de Hamburgo han descubierto una nueva y sorprendente forma de comportamiento cuántico. En los cristales Kagome con forma de estrella -llamados así por un patrón tradicional japonés de tejido de cestas de bambú-, los electrones que normalmente actúan como una multitud ruidosa se sincronizan de repente, formando una "canción" colectiva que evoluciona con la forma del cristal. El estudio, publicado en Nature, revela que la propia geometría puede sintonizar la coherencia cuántica, abriendo nuevas posibilidades para desarrollar materiales en los que la forma define la función.
Ilustración de la coherencia de electrones de largo alcance
Copyright: Guo et al.
Coherencia sin superconductividad
La coherencia cuántica -la capacidad de las partículas de moverse en sincronía como ondas superpuestas- suele limitarse a estados exóticos como la superconductividad, donde los electrones se emparejan y fluyen coherentemente. En los metales ordinarios, las colisiones destruyen rápidamente dicha coherencia. Pero en el metal CsV₃Sb₅ de Kagome, tras esculpir diminutos pilares cristalinos de apenas unos micrómetros de diámetro y aplicar campos magnéticos, el equipo de MPSD observó oscilaciones similares a las de Aharonov-Bohm en la resistencia eléctrica. Así se demostró que los electrones interferían colectivamente, manteniéndose coherentes mucho más allá de lo que permitiría la física de una sola partícula. "Chunyu Guo, autor principal del estudio, afirma: "Esto no es lo que deberían ser capaces de hacer los electrones que no interactúan. "Apunta a un estado coherente de muchos cuerpos".
Un estado cuántico sensible a la forma
Y lo que es aún más sorprendente, las oscilaciones dependían de la geometría del cristal. Las muestras rectangulares cambiaban de patrón en ángulos rectos, mientras que los paralelogramos lo hacían a 60° y 120°, coincidiendo exactamente con su geometría. "Es como si los electrones supieran si están en un rectángulo o en un paralelogramo", explica Philip Moll, director responsable del MPSD. "Cantan en armonía, y la canción cambia según la habitación en la que se encuentren".
El descubrimiento sugiere una nueva forma de controlar los estados cuánticos: esculpiendo la geometría de un material. Si la coherencia puede modelarse en lugar de sólo observarse, los investigadores podrían diseñar materiales que se comporten como instrumentos afinados, en los que la estructura, y no sólo la química, defina su resonancia. "Los metales Kagome nos permiten vislumbrar una coherencia robusta y sensible a la forma", afirma Moll. "Es un nuevo principio de diseño que no esperábamos".
Una resonancia más amplia
La red Kagome lleva tiempo intrigando a los científicos por su intrincado diseño de triángulos y hexágonos entrelazados, que a menudo frustran geométricamente a los electrones y dan lugar a fases exóticas de la materia. Los recientes hallazgos del equipo de Hamburgo amplían estos efectos del nivel atómico a la escala de los dispositivos, demostrando que la geometría influye en el comportamiento cuántico colectivo de los electrones. Al igual que un coro resuena de forma distinta en una catedral que en una sala de conciertos, los electrones de estos cristales en forma de estrella parecen producir un sonido nuevo, influido no sólo por la disposición de los átomos, sino también por su forma. En la actualidad, este fenómeno se limita a los laboratorios, donde los haces de iones focalizados dan forma a los cristales en pilares de tamaño micrométrico. Sin embargo, las implicaciones de esta investigación son de gran alcance. "Una vez que la coherencia pueda modelarse en lugar de simplemente descubrirse, la frontera de los materiales cuánticos podría desplazarse de la química a la arquitectura", afirma Guo, "abriendo una nueva vía de diseño de la funcionalidad cuántica para la electrónica del futuro mediante la remodelación de la geometría de los materiales".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Chunyu Guo, Kaize Wang, Ling Zhang, Carsten Putzke, Dong Chen, Maarten R. van Delft, Steffen Wiedmann, Fedor F. Balakirev, Ross D. McDonald, Martin Gutierrez-Amigo, Manex Alkorta, Ion Errea, Maia G. Vergniory, Takashi Oka, Roderich Moessner, Mark H. Fischer, Titus Neupert, Claudia Felser, Philip J. W. Moll; "Many-body interference in kagome crystals"; Nature, 2025-10-29
Más noticias del departamento ciencias
