MADRID, 14 de Enero de 2025 (EUROPA PRESS) .- Físicos del MIT y colegas de otras instituciones han medido por primera vez la geometría, o forma, de los electrones en sólidos a nivel cuántico.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo cómo medir las energías y velocidades de los electrones en materiales cristalinos, pero hasta ahora, la geometría cuántica de esos sistemas sólo se podía inferir teóricamente, o a veces ni siquiera se podía inferir.
El trabajo, publicado recientemente en Nature Physics, "abre nuevas vías para comprender y manipular las propiedades cuánticas de los materiales", afirma Riccardo Comin, profesor asociado de desarrollo profesional de física de la promoción de 1947 del MIT y líder del trabajo.
"Básicamente, hemos desarrollado un plan para obtener información completamente nueva que no se podía obtener antes", afirma Comin, que también está afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales y al Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT (Massachusetts Institute of Technology).
El trabajo podría aplicarse a "cualquier tipo de material cuántico, no solo con el que trabajamos", dice Mingu Kang, primer autor del artículo de Nature Physics, que realizó el trabajo como estudiante de posgrado del MIT y que ahora es becario postdoctoral Kavli en el Laboratorio de Física Atómica y del Estado Sólido de la Universidad de Cornell.
En el extraño mundo de la física cuántica, un electrón puede describirse como un punto en el espacio y como una forma similar a una onda. En el centro del trabajo actual hay un objeto fundamental conocido como función de onda que describe esta última. "Puedes pensar en él como una superficie en un espacio tridimensional", dice Comin.
Hay diferentes tipos de funciones de onda, que van desde las simples a las complejas. "Pensemos en una pelota. Eso es análogo a una función de onda simple o trivial. Ahora imaginemos una cinta de Möbius, el tipo de estructura que exploró M.C. Escher en su arte. Es análoga a una función de onda compleja o no trivial. Y el mundo cuántico está lleno de materiales compuestos por esta última", expone el MIT en un comunicado.
Pero hasta ahora, la geometría cuántica de las funciones de onda solo se podía inferir teóricamente, o a veces ni siquiera. Y la propiedad está adquiriendo cada vez más importancia a medida que los físicos encuentran cada vez más materiales cuánticos con posibles aplicaciones en todo, desde computadoras cuánticas hasta dispositivos electrónicos y magnéticos avanzados.
El equipo del MIT resolvió el problema utilizando una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión con resolución angular o ARPES. Comin, Kang y algunos de los mismos colegas habían utilizado la técnica en otras investigaciones. Por ejemplo, en 2022 informaron sobre el descubrimiento de la "salsa secreta" detrás de las propiedades exóticas de un nuevo material cuántico conocido como metal kagome. Ese trabajo también apareció en Nature Physics. En el trabajo actual, el equipo adaptó ARPES para medir la geometría cuántica de un metal kagome.
Kang subraya que la nueva capacidad de medir la geometría cuántica de los materiales "proviene de la estrecha colaboración entre teóricos y experimentalistas".
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