Cestería japonesa inspira un nuevo material electrónico cuántico

Descripción del metal de kagome
FELICE FRANKEL/ CHELSEA TURNER
Actualizado 20/03/2018 10:52:43 CET

   MADRID, 20 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Un nuevo material electrónico cuántico ha sido denominado kagome, porque su estructura atómica recuerda la de un tejido de cestos japonés conocido como el patrón del kagome.

   Las cestas de Kagome se hacen típicamente de tiras de bambú tejidas en un patrón altamente simétrico de triángulos entrelazados que comparten la esquina.

   Si un metal u otro material conductivo pudiera asemejarse a un patrón de kagome a escala atómica, con átomos individuales dispuestos en patrones triangulares similares, en teoría debería exhibir propiedades electrónicas exóticas.

   En un artículo publicado en Nature, físicos del MIT, la Universidad de Harvard y el Berkeley Lab informan que han producido por primera vez un kagome metal: un cristal eléctricamente conductor, hecho de capas de átomos de hierro y estaño, con cada capa atómica dispuesta en el patrón de repetición de una red de kagome.

   Cuando hicieron fluir una corriente a través de las capas de kagome dentro del cristal, los investigadores observaron que la disposición triangular de los átomos inducía comportamientos extraños, de tipo cuántico, en la corriente de paso. En lugar de fluir directamente a través del enrejado, los electrones en cambio viraban, o se doblaban hacia atrás dentro del enrejado.

    Este comportamiento es un pariente tridimensional del llamado efecto Quantum Hall, en el que los electrones que fluyen a través de un material bidimensional exhibirán un "estado quiral y topológico" en el que se doblan en trayectorias circulares estrechas y fluyen a lo largo de los bordes sin perder energía.

   "Al construir la red de hierro kagome, que es inherentemente magnética, este comportamiento exótico persiste a temperatura ambiente y más", dice en un comunicado Joseph Checkelsky, profesor asistente de física en el MIT. "Las cargas en el cristal no solo sienten los campos magnéticos de estos átomos, sino también una fuerza magnética puramente cuántica de la red. Esto podría conducir a la conducción perfecta, similar a la superconductividad, en las futuras generaciones de materiales".

   Para explorar estos hallazgos, el equipo midió el espectro de energía dentro del cristal, utilizando una versión moderna de un efecto descubierto por primera vez por Heinrich Hertz y explicado por Einstein, conocido como el efecto fotoeléctrico.

   "Fundamentalmente, los electrones se expulsan primero de la superficie del material y luego se detectan en función del ángulo de despegue y la energía cinética", dice Riccardo Comin, profesor asistente de física en el MIT. "Las imágenes resultantes son una instantánea muy directa de los niveles electrónicos ocupados por los electrones, y en este caso revelaron la creación de partículas 'Dirac' casi sin masa, una versión de fotones cargados eléctricamente, los cuantos de luz".

   Los espectros revelaron que los electrones fluyen a través del cristal de una manera que sugiere que los electrones originalmente sin masa ganaron una masa relativista, similar a las partículas conocidas como masivos fermentos de Dirac. Teóricamente, esto se explica por la presencia de los átomos de hierro y estaño que constituyen la retícula. Los primeros son magnéticos y dan lugar a una "destreza", o quiralidad. Estos últimos poseen una carga nuclear más pesada, produciendo un gran campo eléctrico local. A medida que una corriente externa fluye, percibe el campo de estaño no como un campo eléctrico sino como un campo magnético, y se aleja.