Los materiales cuánticos son un tipo de sustancia extraña que podría ser mucho más eficiente en la conducción de electricidad a través de nuestros iPhones que el silicio conductor de uso común, si tan solo los físicos pudieran descifrar cómo funciona el material.

Un físico de la Universidad de Michigan se ha acercado un paso más al detallar un nuevo material cuántico, dodecaboruro de iterbio, o YbB12, e imaginando la eficiencia con la que se conduce la electricidad a través de este material. La demostración de la conductividad de este material contribuirá a que los científicos comprendan el espín, cargar, y flujo de energía en estos materiales electromagnéticos.

YbB12 es un cristal muy limpio que es inusual porque comparte las propiedades de conductores y aislantes. Es decir, el interior a granel de YbB12 es un aislante y no conduce electricidad, mientras que su superficie es extraordinariamente eficiente en la conducción de electricidad. Pero los investigadores necesitaban poder medir exactamente qué tan bueno es este material para conducir la electricidad.

"Ahora, estamos usando un teléfono para hablar. Dentro del teléfono están sus partes clave:un transistor hecho de silicio que pasa electricidad a través del dispositivo, "dijo el líder del proyecto, Lu Li, Profesor asociado de física de la U-M. "Estos semiconductores de silicio utilizan la mayor parte de su propio material para crear un camino para la corriente eléctrica. Eso dificulta hacer que los dispositivos electrónicos sean más rápidos o más compactos".

Reemplazar los transistores de silicio de un teléfono por otros hechos de materiales cuánticos haría que el teléfono fuera mucho más rápido y mucho más liviano. Eso es porque los transistores dentro del dispositivo conducirían electricidad muy rápidamente en sus superficies, pero podría hacerse mucho más pequeño, con un núcleo más ligero debajo de una capa del interior aislante del metal.

Los materiales cuánticos no se limitarían a alimentar nuestros teléfonos. Podrían usarse en computación cuántica, un campo todavía en su infancia, pero que podría usarse para ciberseguridad. Nuestras computadoras funcionan actualmente procesando datos en dígitos binarios:0 y 1. Pero hay un límite en la rapidez con que las computadoras pueden procesar los datos de esta manera. En lugar de, Las computadoras cuánticas usarían las propiedades cuánticas de átomos y electrones para procesar información, abriendo la capacidad de procesar grandes volúmenes de información mucho más rápido.

Li estudió YbB12 para comprender la firma electrónica del material, que les dice a los investigadores qué tan bien un material conduce la electricidad. En un metal limpio que conduce la electricidad de manera muy eficiente, los electrones forman grupos dentro de los metales.

Las oscilaciones de estos grupos provocan oscilaciones de la resistencia eléctrica del material. Esta oscilación les dice a los investigadores qué tan eficientemente el material es capaz de conducir electricidad. En este estudio, Li pudo medir la oscilación de la resistencia de un aislante a granel, un problema que ha estado tratando de resolver durante cuatro años.

Para medir esta oscilación, Li usó un imán muy poderoso ubicado en un laboratorio del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida. Este imán es similar a un imán que usaría para fijar una foto en su refrigerador, dice Li, pero muchas veces más poderoso. Un imán de nevera tiene una fuerza de aproximadamente 0,1 Tesla, una unidad de medida para el campo magnético. El imán del laboratorio de Florida tiene una fuerza de 45 Tesla. Eso es aproximadamente 40 veces más poderoso que el imán que se usa en una máquina de resonancia magnética.

Para medir la eficiencia de YbB12, Li hizo pasar una corriente eléctrica a través de la muestra en presencia del imán. Luego, examinó cuánto cayó el voltaje eléctrico en toda la muestra. Eso le dijo a Li cuánta resistencia estaba presente en el material.

"Finalmente obtuvimos la evidencia correcta. Encontramos un material que era un buen aislante en su interior, pero en su superficie era un buen conductor, tan bueno que podemos hacer un circuito eléctrico en ese conductor, "Dijo Li." Puedes imaginar que puedes tener un circuito que se mueve tan rápido como imagina en un pequeñín, pequeña superficie. Eso es lo que esperamos lograr para la electrónica del futuro ".

El estudio aparece en línea en la revista. Ciencias .