(PhysOrg.com) - Una sustancia extraña que se prevé que encogerá la electrónica y proporcionará a los físicos cuánticos un nuevo juguete de mesa que se comporta de forma muy similar a lo que esperaban sus diseñadores.

El mes pasado en Materiales de la naturaleza , Los investigadores de SLAC y sus compañeros de trabajo en Stanford confirmaron cómo la corriente eléctrica se mueve sobre pequeñas cintas de aislante topológico, un material que aísla en su masa pero que se conduce inusualmente bien en la superficie. El trabajo surgió de una estrecha colaboración entre los grupos de investigación del investigador de Stanford Yi Cui, y Zhi-Xun Shen y Shoucheng Zhang del Instituto Stanford de Ciencia de Materiales y Energía.

"Las propiedades de la corriente eléctrica son muy difíciles de estudiar en una muestra a granel típica de estos aislantes topológicos, "dijo Shen, director de SIMES, un instituto conjunto Stanford / SLAC. "Al fabricar nanocintas muy pequeñas, pudimos estudiar las propiedades únicas de la superficie".

En cintas extremadamente delgadas del compuesto seleniuro de bismuto, la gran proporción de bordes a entrañas hace que las propiedades más frías del material sean fáciles de detectar. Los electrones que corren sobre la superficie de las nanocintas fluyen especialmente suavemente, actuar como si no tuvieran masa, y tener un giro fijo, al menos cuando las cintas están sumergidas en helio líquido helado. En principio, las propiedades podrían extenderse a temperatura ambiente.

"Abre muchas aplicaciones futuras, ", dijo el físico y coautor de SIMES, Yulin Chen. El material podría ser de gran ayuda para la espintrónica, una tecnología que utiliza el espín del electrón para almacenar información. Las aplicaciones de la espintrónica incluyen minúsculos chips y sensores de computadora, y computación cuántica.

Pero las aplicaciones son solo parte del atractivo de la sustancia. Debido a sus propiedades superficiales únicas, las cintas abren un nuevo campo de pruebas para las teorías de la física, dijo el coautor Keji Lai, un becario postdoctoral en el grupo de Shen. La "explosión" de artículos de investigación sobre el tema desde que se predijeron estas propiedades exóticas en 2006 habla del entusiasmo de los físicos.

"De hecho, podemos jugar con sistemas de sobremesa y comprender la mecánica cuántica de muy alto nivel, ", Dijo Lai." Este [nuevo resultado] realmente allana el camino para hacer ese tipo de experimento ".

El trabajo surgió de una conversación informal entre Lai y la científica de materiales Hailin Peng, anteriormente en el grupo Cui en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Stanford y ahora en la facultad de la Universidad de Pekín, Porcelana.

"Charlé con él durante el almuerzo y le conté a esta familia de materiales interesantes, "Dijo Lai." Regresó al día siguiente y dijo que tienen una idea de cómo construirlos y hacerlos muy delgados. Una semana más tarde, me mostró imágenes de microscopio electrónico de estos materiales en forma de cinta ".

Peng, junto con los estudiantes graduados de Cui, Desheng Kong y Stefan Meister, utilizó una técnica conocida llamada "Síntesis de vapor-líquido-sólido" para hacer crecer las cintas. El vapor de seleniuro de bismuto reacciona a baja presión y al calor del horno con nanopartículas de oro especialmente preparadas para formar pequeñas gotas de líquido. Una vez saturado, el líquido comienza a brotar cintas sólidas de seleniuro de bismuto, cada uno unido a una partícula de oro. El diámetro de las partículas de oro dicta el grosor de las nanocintas.

Hacer que las nanocintas sean cada vez más delgadas, hasta que sean prácticamente toda la superficie, puede ser la clave para ver su comportamiento extravagante a temperatura ambiente. Según el científico de materiales de Stanford, Yi Cui, que todavía colabora con Peng, ahora pueden producir nanocintas que tienen solo 10 átomos de espesor, 25 veces más delgadas que las descritas en el artículo de diciembre.

A distancias tan pequeñas, los electrones en la parte superior e inferior de las nanocintas pueden dialogar, según las predicciones de los coautores e investigadores del SIMES Zhang y Xiaoliang Qi. Solo la teoría ha explorado los comportamientos extraños que provocaría esta comunicación.

"Estamos en una especie de exploración inicial de la ciencia en este momento, "Dijo Lai." En los primeros días de los semiconductores, la gente pasaba mucho tiempo simplemente entendiendo la ciencia fundamental. Una vez que establecieron las propiedades físicas de estos materiales, los ingenieros fueron muy poderosos para construir estructuras complicadas y llevarlas a la vida cotidiana ".

Tanto a Lai como a Chen les gustaría ver a más científicos e ingenieros de materiales colaborando.

"Nuestro trabajo es motivar e inspirar a más personas a unirse al campo, ", Dijo Chen." Cuantas más personas se unan a este campo, más rápido puede ser el progreso ".