- Investigadores identifican una nueva fase cuántica en un material sólido jamás observada antes.
- El estado, conocido como aislante excitónico de espín triplete, se logra aplicando campos magnéticos extremadamente altos al HfTe5.
- Esta fase abre la puerta a dispositivos resistentes, energéticamente autosuficientes y con aplicaciones en entornos extremos como el espacio.
- Las propiedades del excitón triplete podrían transformar la espintrónica, la computación y la exploración espacial.
Una imagen recurrente en la ciencia ficción es la de ordenadores espaciales funcionando durante décadas en condiciones extremas. Lo que hasta ahora parecía propio de novelas, podría estar más cerca tras un avance logrado por científicos de la Universidad de California en Irvine y colaboradores internacionales, quienes han hallado una fase cuántica exótica en un material sólido que podría cambiar el desarrollo de tecnologías para entornos hostiles, como el espacio profundo.
El protagonista de este avance es el hafnio pentatelururo (HfTe5). Mediante experimentos con altísimos campos magnéticos, los investigadores han conseguido inducir en este material un estado completamente nuevo: el aislante excitónico de espín triplete. Se trata de una forma singular de materia en la que electrones y “huecos” (vacíos de carga positiva) se asocian, manteniendo sus espines alineados, generando así propiedades inéditas en física de materiales y una robustez destacada ante la radiación.
¿Qué caracteriza a esta nueva fase cuántica?
Cuando hablamos de fases de la materia, solemos pensar en sólido, líquido o gas. Pero en el universo cuántico las cosas son mucho más complejas. A ciertas temperaturas o bajo condiciones de presión o con campos magnéticos muy elevados, los electrones pueden adquirir comportamientos colectivos inusuales. En el caso del HfTe5, la aplicación de un campo magnético de hasta 70 Teslas ha permitido a los físicos detectar una fase excitónica de tipo triplete, algo nunca logrado en laboratorio hasta la fecha.
La clave está en los excitones triplete, entidades donde electrones y huecos se emparejan pero manteniendo sus espines paralelos. Esta configuración, diferente a los excitones singlete (con espines opuestos), dotan al sistema de características magnéticas y resistencia a la radiación, lo que podría ser determinante para aplicaciones en tecnologías futuras. Además, esta unión cuántica permite transportar información a través del espín, abriendo nuevas posibilidades en la espintrónica y en dispositivos cuánticos avanzados.
El papel de los campos magnéticos extremos
Para que esta fase cuántica aparezca, los investigadores han empleado campos magnéticos que superan por mucho lo cotidiano: unas 700 veces más fuertes que un imán doméstico. Bajo estas condiciones, propias de grandes instalaciones especializadas como los laboratorios nacionales de Los Álamos y de campos magnéticos altos en Estados Unidos, el material entra en lo que se denomina límite cuántico ultraalto.
En ese entorno, los electrones se organizan en niveles de Landau, dando lugar a la posibilidad de formar modos de Weyl unidimensionales y finalmente a la transición hacia la fase de excitón triplete. El resultado es un estado donde la conductividad transversal desaparece y surge una brecha energética, signo de que los electrones y huecos están emparejados en esa nueva fase. Los experimentos muestran que el sistema se mantiene estable hasta los 72 Teslas, la máxima intensidad probada, lo que evidencia su solidez.
Propiedades y ventajas de la fase excitónica triplete
Este estado recién descubierto presenta varias características destacadas:
- Los espines de los excitones están alineados, lo que otorga al material una marcada robustez frente a la radiación electromagnética.
- La simetría del cristal original se mantiene, haciendo que el estado sea altamente estable y resistente.
- Se logra una conductividad Hall nula en amplios intervalos de campo magnético, señal de que los electrones y huecos se anulan entre sí de forma precisa.
Al permanecer neutros, estos excitones no se ven afectados por perturbaciones externas, algo esencial para circuitos cuánticos o equipos que deben operar en lugares donde la radiación destruiría la electrónica convencional. Todo ello refuerza el potencial de esta fase para tecnologías de espintrónica y transmisión cuántica de información.
Implicaciones tecnológicas futuras
Los resultados de esta investigación no solo son relevantes en el plano teórico. Los científicos apuntan a que dispositivos basados en esta fase podrían emplearse en ordenadores que no dependan de la electricidad convencional, aprovechando la capacidad del espín para transmitir información. Su resistencia a la radiación los convierte en candidatos idóneos para misiones espaciales de larga duración, donde las condiciones destruyen con facilidad los circuitos electrónicos habituales.
Más allá del espacio, la comprensión y manipulación de nuevas fases cuánticas como esta refuerza las bases para el desarrollo de computación cuántica, sensores ultraprecisos y nuevos tipos de materiales. La observación de esta fase permite por fin testar hipótesis teóricas largamente perseguidas y ofrece nuevas herramientas para investigar fenómenos avanzados, como la superfluidez de espín o el arrastre de corrientes de espín.
Este avance representa un paso significativo en la exploración de la materia condensada y abre perspectivas para dispositivos robustos, energéticamente autónomos y especialmente aptos para entornos donde la tecnología tradicional no resiste.
