Científicos españoles desvelan un nuevo estado cuántico, lo que podría revolucionar el desarrollo de superconductores

MADRID 10 Dic. (EUROPA PRESS) -

Un equipo español liderado desde la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha observado la formación de un nuevo estado cuántico en materiales ultrafinos al enfriar un tipo de material conocido como aislante Mott por debajo de 11 Kelvin, es decir, -262,15°C. Este descubrimiento podría revolucionar el desarrollo de superconductores y dispositivos electrónicos de próxima generación.

El aislante Mott está caracterizado por la inmovilidad de los electrones en su interior debido a fuertes interacciones. Cuando este material se enfría a temperaturas inferiores a once Kelvin, los electrones comienzan a moverse libremente, debido a la aparición de un nuevo estado cuántico llamado 'red Kondo'.

En la investigación, publicada en 'Nature Communications', ha intervenido un equipo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), el IFIMAC, IMDEA Nanociencia y la Universidad de Calabria.

A lo largo de ella, los científicos combinaron un aislante Mott bidimensional con un sustrato metálico e investigaron su comportamiento a diferentes temperaturas. Con técnicas de "última generación como la microscopía y espectroscopia de efecto túnel (STM STS), analizaron propiedades electrónicas del sistema a escala atómica y, además, realizaron simulaciones basadas en la teoría del funcional de la densidad (DFT) para interpretar los efectos cuánticos observados.

A partir de ello, descubrieron que los electrones, inicialmente inmovilizados en el aislante Mott, logran deslocalizarse y moverse libremente. Según la UAM, este estudio no solo amplía nuestro conocimiento de la física cuántica, sino que también subraya la importancia de los enfoques interdisciplinarios en la creación de materiales con propiedades innovadoras.

UN PRINCIPIENTE EN UNA SALA ABARROTADA CON BAILARINES EXPERTOS Tal y como ha detallado la Autónoma, los científicos comparan los aislantes de Mott con una sala abarrotada de personas. En un espacio así, la densidad impide el movimiento libre, como sucede con los electrones en estos materiales. Según ellos, el apantallamiento Kondo puede asimilarse a la presencia de un bailarín principiante (impureza magnética) en un grupo de bailarines experimentados (electrones del substrato).

De esta manera, la presencia del principiante presenta un obstáculo para los movimientos más fluidos de los experimentados. Cuando hay muchos bailarines principiantes distribuidos entre los experimentados, su presencia modifica el comportamiento colectivo de los bailarines, creando una danza compleja, diferente de la inicialmente planificada.

En el caso del efecto Kondo, las interacciones entre los electrones y las impurezas magnéticas provocan que los electrones cambien su comportamiento, lo que resulta en un aumento de la resistencia a bajas temperaturas. Cuando las impurezas están ordenadas periódicamente los electrones que interactúan con las distintas impurezas se superpone coherentemente. Esto modifica las propiedades del material a nivel cuántico, generando un estado colectivo que altera su conductividad de manera similar a la transformación de la coreografía.

NUEVO CAMINO PARA EL DESARROLLO DE SUPERCONDUCTORES

A lo largo del análisis, los científicos han mostrado cómo controlar el comportamiento de los electrones en sistemas bidimensionales mediante el apilamiento de materiales bidimensionales con propiedades diferentes. Estos materiales son conocidos por su sensibilidad a pequeños cambios en el entorno, lo que permite transformar sus propiedades de manera controlada.

El trabajo ha demostrado cómo pequeñas modificaciones pueden cambiar drásticamente las propiedades de un material, desde un aislante hasta un conductor o incluso un superconductor. Según han defendido, esto muestra el camino para el diseño de materiales con propiedades electrónicas personalizadas, como la superconductividad.