Un equipo de investigación liderado por los físicos Ming Yi y Emilia Morosan de la Universidad de Rice ha desarrollado un nuevo material con propiedades electrónicas únicas que podría permitir la creación de dispositivos electrónicos más potentes y energéticamente eficientes. Este material, conocido como metal con líneas nodales de Kramers, se obtiene mediante la introducción de una pequeña cantidad de indio en un compuesto en capas basado en tantalio y azufre.
La adición de indio altera la simetría de la estructura cristalina, lo que promueve las propiedades físicas novedosas asociadas al comportamiento de las líneas nodales de Kramers. La investigación, publicada en Nature Communications, representa un avance hacia la electrónica de bajo consumo energético y abre la puerta a tecnologías más sostenibles.
Desarrollo del nuevo material
Los investigadores descubrieron que al añadir pequeñas cantidades de indio al disulfuro de tantalio (TaS₂), la simetría cristalina del material se modifica, dando lugar a un patrón protegido de manera única donde los electrones con spin hacia arriba y hacia abajo siguen diferentes trayectorias en el espacio de momento, similar a coches circulando en direcciones opuestas en una autopista. Este fenómeno se produce hasta que ambas trayectorias se fusionan en la línea nodal de Kramers.
Este nuevo material también ha demostrado la capacidad de conducir electricidad sin pérdidas de energía, exhibiendo propiedades superconductoras. Esta dualidad podría permitir el desarrollo de superconductores topológicos, que potenciarían sistemas energéticos y tecnologías de computación.
El diseño de un material que cumpla con las estrictas condiciones de simetría necesarias para estas propiedades especiales ha sido un reto considerable, pero los resultados han sido gratificantes, según Morosan, quien es profesora de física y astronomía, así como de ingeniería eléctrica y química, y directora del Centro de Materiales Cuánticos de Rice.
El equipo experimentó con diversas composiciones para observar las propiedades óptimas. Utilizando herramientas avanzadas como espectroscopía de fotoemisión angular resuelta en spin y transporte eléctrico en campos magnéticos aplicados, examinaron las diminutas partículas dentro del material. Esta técnica les permitió medir la energía, el movimiento y el spin de los electrones, que son los responsables de llevar la electricidad.
Las pruebas realizadas indican que es posible ajustar con precisión las propiedades del material para acentuar sus características topológicas, lo cual resulta crucial para aplicaciones futuras. Para garantizar la fiabilidad de sus hallazgos, los investigadores combinaron las observaciones experimentales con sofisticados cálculos teóricos de primer principio. Las predicciones teóricas coincidieron con los datos experimentales, proporcionando una comprensión más profunda de la topología electrónica del material.
Al descubrir y ajustar las propiedades de un metal con líneas nodales de Kramers, el equipo de Yi y Morosan no solo está ampliando el conocimiento sobre materiales cuánticos, sino que también está allanando el camino hacia tecnologías electrónicas transformadoras de bajo consumo energético, según Junichiro Kono, director del Instituto Smalley-Curl y coautor del estudio.
Los investigadores afirman que este descubrimiento es solo el principio y están entusiasmados por seguir explorando estos nuevos materiales para desvelar propiedades aún más notables que podrían conducir a avances en tecnología y ciencia.
