La mayoría de los dispositivos electrónicos modernos se basan en pequeños Corrientes eléctricas finamente ajustadas para procesar y almacenar información. Estas corrientes dictan qué tan rápido funcionan nuestras computadoras, con qué frecuencia funcionan nuestros marcapasos y con qué seguridad se almacena nuestro dinero en el banco.

En un estudio publicado en Física de la naturaleza , Investigadores de la Universidad de Columbia Británica han demostrado una forma completamente nueva de controlar con precisión tales corrientes eléctricas aprovechando la interacción entre el espín de un electrón (que es el campo magnético cuántico que transporta de forma inherente) y su rotación orbital alrededor del núcleo.

"Hemos encontrado una nueva forma de cambiar la conducción eléctrica en materiales de encendido a apagado, "dijo el autor principal Berend Zwartsenberg, un doctorado estudiante del Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) de la UBC. "Este emocionante resultado no solo amplía nuestra comprensión de cómo funciona la conducción eléctrica, nos ayudará a explorar más a fondo propiedades conocidas como la conductividad, magnetismo y superconductividad, y descubrir nuevos que podrían ser importantes para la computación cuántica, almacenamiento de datos y aplicaciones energéticas ".

Activar el interruptor en las transiciones de aislante metálico

En general, todos los materiales se pueden clasificar como metales o aislantes, dependiendo de la capacidad de los electrones para moverse a través del material y conducir la electricidad.

Sin embargo, no todos los aisladores se crean por igual. En materiales simples, la diferencia entre el comportamiento metálico y el aislante se debe al número de electrones presentes:un número impar para los metales, y un número par para aisladores. En materiales más complejos, como los denominados aislantes Mott, los electrones interactúan entre sí de diferentes maneras, con un delicado equilibrio determinando su conducción eléctrica.

En un aislante Mott, La repulsión electrostática evita que los electrones se acerquen demasiado entre sí, lo que crea un atasco y limita el flujo libre de electrones. Hasta ahora, había dos formas conocidas de liberar el atasco de tráfico:reduciendo la fuerza de la interacción repulsiva entre electrones, o cambiando el número de electrones.

El equipo de SBQMI exploró una tercera posibilidad:¿había alguna manera de alterar la naturaleza cuántica del material para permitir que ocurriera una transición de metal-aislante?

Usando una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo, el equipo examinó el aislante Mott Sr2IrO4, monitorear el número de electrones, su repulsión electrostática, y finalmente la interacción entre el espín del electrón y su rotación orbital.

"Descubrimos que acoplar el espín al momento angular orbital ralentiza los electrones hasta tal punto que se vuelven sensibles a la presencia del otro, solidificando el atasco de tráfico ", dijo Zwartsenberg." Reducir el acoplamiento de giro-órbita a su vez alivia el atasco de tráfico y pudimos demostrar una transición de un aislante a un metal por primera vez utilizando esta estrategia ".

"Este es un resultado realmente emocionante a nivel de física fundamental, y amplía el potencial de la electrónica moderna, "dijo el coautor Andrea Damascelli, investigador principal y director científico de SBQMI. "Si podemos desarrollar una comprensión microscópica de estas fases de la materia cuántica y sus fenómenos electrónicos emergentes, podemos explotarlos mediante la ingeniería de materiales cuánticos átomo por átomo para nuevos componentes electrónicos, aplicaciones magnéticas y de detección ".