Imagínese dos bancos de peces nadando en círculos en sentido horario y antihorario. Es suficiente para hacer que tu cabeza dé vueltas y ahora los científicos de la Universidad de Rutgers-New Brunswick y la Universidad de Florida han descubierto el "modo de giro quiral", un mar de electrones que giran en círculos opuestos.

"Descubrimos un nuevo modo de giro colectivo que se puede utilizar para transportar energía o información con muy poca disipación de energía, y puede ser una plataforma para construir dispositivos electrónicos novedosos como computadoras y procesadores, "dijo Girsh Blumberg, autor principal del estudio y profesor en el Departamento de Física y Astronomía de la Escuela de Artes y Ciencias de Rutgers.

Los modos colectivos de espín quiral son ondas de propagación de espines de electrones que no llevan una corriente de carga pero modifican las direcciones de "giro" de los electrones. "Quiral" se refiere a entidades, como tu mano derecha e izquierda, que son coincidentes pero asimétricos y no se pueden superponer a su imagen reflejada.

El estudio, dirigido por Hsiang-Hsi (Sean) Kung, estudiante de posgrado en el laboratorio de espectroscopia láser Rutgers de Blumberg, fue publicado en Cartas de revisión física . Kung usó un espectrómetro ultrasensible para estudiar un aislante topológico 3D prototípico. Saurabh Maiti y el profesor Dmitrii Maslov de la Universidad de Florida desarrollaron un modelo teórico microscópico que predice la evolución de la energía y la temperatura del modo de giro quiral. fundamentando fuertemente la observación experimental.

En un aspirador, los electrones son simples, aburridas partículas elementales. Pero en sólidos el comportamiento colectivo de muchos electrones que interactúan entre sí y la plataforma subyacente puede resultar en fenómenos que conducen a nuevas aplicaciones en superconductividad, magnetismo y piezoelectricidad (voltaje generado a través de materiales sometidos a presión), para nombrar unos pocos. Ciencia de la materia condensada, que se centra en los sólidos, líquidos y otras formas concentradas de materia, busca revelar nuevos fenómenos en nuevos materiales.

Electrónica a base de silicio, como chips de computadora y computadoras, son uno de los inventos más importantes de la historia de la humanidad. Pero el silicio conduce a una pérdida de energía significativa cuando se reduce. Una alternativa es aprovechar los giros de los electrones para transportar información a través de cables extremadamente delgados, que en teoría reduciría la pérdida de energía.

El "modo de espín quiral" recién descubierto proviene del mar de electrones en la superficie de los "aislantes topológicos 3D". Estos aisladores especiales tienen no magnéticos, material aislante con superficies metálicas robustas, y los electrones están confinados, por lo que se mueven solo en superficies 2D.

Más importante, Los ejes giratorios de los electrones están nivelados y son perpendiculares a su velocidad. Los modos de giro quiral emergen naturalmente de la superficie de tales materiales aislantes, pero nunca antes se habían observado debido a defectos cristalinos. La observación experimental en el estudio actual fue posible gracias al desarrollo de cristales ultralimpios por el estudiante de doctorado de Rutgers Xueyun Wang y el profesor de la Junta de Gobernadores Sang-Wook Cheong en el Centro de Materiales Emergentes de Rutgers.

El descubrimiento allana nuevos caminos para la construcción de dispositivos electrónicos de baja pérdida de próxima generación.