Físicos del MIT consiguen atrapar electrones en un cristal por primera vez

Los electrones se mueven a través de un material conductor como los viandantes en plena hora punta de Manhattan. Las partículas cargadas pueden empujarse y chocar entre sí, pero en su mayor parte no se preocupan por los demás electrones mientras avanzan, cada uno con su propia energía.

Pero cuando los electrones de un material quedan atrapados juntos, pueden establecerse exactamente en el mismo estado energético y comenzar a comportarse como uno solo. Este estado colectivo, parecido a un zombi, es lo que se conoce en física como una “banda plana” electrónica.

Ahora, los científicos predicen que cuando los electrones están en este estado pueden comenzar a sentir los efectos cuánticos de otros electrones y actuar de manera cuántica coordinada. Entonces pueden surgir comportamientos exóticos como la superconductividad y formas únicas de magnetismo.

Con todo ello, los físicos del MIT han atrapado con éxito electrones en un cristal puro. Es la primera vez que los científicos consiguen una banda plana electrónica en un material tridimensional. Con cierta manipulación química, los investigadores también demostraron que podían transformar el cristal en un superconductor, un material que conduce electricidad con resistencia cero.

El estado atrapado de los electrones es posible gracias a la geometría atómica del cristal. El cristal, que los físicos sintetizaron, tiene una disposición de átomos que se asemeja a los patrones tejidos en "kagome", el arte japonés de tejer cestas. En esta geometría específica, los investigadores descubrieron que, en lugar de saltar entre átomos, los electrones estaban "enjaulados" y se asentaban en la misma banda de energía.

Banda plana

Los investigadores dicen que este estado de banda plana se puede lograr con prácticamente cualquier combinación de átomos, siempre que estén dispuestos en esta geometría 3D inspirada en Kagome.

Los resultados , que aparecen en Nature proporcionan una nueva forma para que los científicos exploren estados electrónicos raros en materiales tridimensionales. Estos materiales podrían algún día optimizarse para permitir líneas eléctricas ultraeficientes, bits cuánticos de supercomputación y dispositivos electrónicos más rápidos e inteligentes.

"Ahora que sabemos que podemos hacer una banda plana a partir de esta geometría, tenemos una gran motivación para estudiar otras estructuras que podrían tener otra física nueva que podría ser una plataforma para nuevas tecnologías", dice el autor del estudio Joseph Checkelsky, profesor asociado de física.