Los científicos de Groningen han encontrado una explicación para un misterio que ha desconcertado a la comunidad física desde 1995. En la revista científica Naturaleza el jueves 28 de agosto (publicación anticipada en línea), explican por qué los electrones pasan a través de cables muy pequeños (conocidos como contactos de punto cuántico) con menos fluidez de lo esperado. Las observaciones del grupo liderado por el Prof. C.H. van der Wal, del Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen, afectará a la electrónica a nanoescala:"Nuestro pensamiento sobre esto ha sido demasiado ingenuo hasta ahora".

El misterio concierne a los nanocables que tienen unos cien átomos de ancho. Ya en 1988, el físico holandés Bart van Wees, actualmente profesor en el Instituto Zernike, descubrió un efecto notable en este tipo de alambre. Cuando los hizo más anchos, el flujo no aumentó gradualmente sino de manera escalonada. Van der Wal:'Esto podría explicarse por los efectos cuánticos que se produjeron en los cables. Existe una fórmula que describe con precisión cómo ocurren estos pasos '.

Pico inesperado

Sin embargo, en el primer paso, con los alambres más finos, Se encontró sistemáticamente una pequeña excepción en el aumento gradual. 'Ves un pico inesperado, después de lo cual la conducción aumenta menos rápidamente de lo esperado durante un tiempo. Esto ya se señaló en la primera publicación sobre esto de Van Wees, pero inicialmente los investigadores pensaron que la inconsistencia se debía a pequeños defectos en el material utilizado ”. En 1995 se demostró que no era así. 'El pico era real, lo que significaba que estaban ocurriendo procesos físicos que no entendíamos adecuadamente '. Han aparecido cientos de publicaciones sobre el fenómeno, conocido como 'Anomalía de sesgo cero' (ZBA), pero nadie pudo averiguar qué lo estaba causando.

Hace unos pocos años, uno de los estudiantes de doctorado de Van der Wal hizo varios de este tipo de cable cuántico. “Estaban destinados a un tipo de investigación completamente diferente. Sin embargo, observamos el pico y algunas otras tendencias interesantes ”. Van der Wal decidió poner en marcha un proyecto de investigación independiente.

Puerto de montaña

Un estudiante de doctorado paquistaní, Javaid Iqbal, creó una gran cantidad de este tipo de cable cuántico. Además de los cables 'ordinarios' cuyo ancho es adaptable, también hizo alambres cuya longitud se podía variar. Los cables, notablemente, son muy diferentes de los cables eléctricos clásicos de nuestra vida diaria (un núcleo conductor rodeado de material aislante), pero consisten en un semiconductor sobre el cual los electrodos controlan el borde de un canal diminuto. Los electrodos crean un 'potencial de punto de silla', una especie de pequeño paso de montaña donde los electrodos a cada lado controlan las paredes empinadas.

Van der Wal:'Vimos el pico que todos los demás estaban encontrando. Pero cuando aumentamos el voltaje a través del cable, de repente hubo un doble pico. Otros también habían observado esto, pero pensaron que indicaba que su cable ya no funcionaba correctamente. Al trabajar en circunstancias extremadamente controladas, una fracción por encima de la temperatura del cero absoluto, utilizando material extremadamente puro y probando una gran cantidad de cables, El grupo de Van der Wal ha podido demostrar que el fenómeno es real. 'Y descubrimos que la apariencia del ZBA no solo dependía del voltaje, sino también en la longitud del cable.

Mucha física corporal

Van der Wal se puso en contacto con físicos teóricos que habían estado trabajando en la ZBA durante años, particularmente un grupo en Israel que había predicho la existencia de un pico doble. "Pero no habían predicho que también dependía de la longitud". Junto con colegas de Alemania y España, han encontrado una explicación para el fenómeno. 'Ahora pensamos que los electrones quedan atrapados en la cima del "paso de montaña" que forma el cable cuántico, 'explica Van der Wal.

Los electrones que fluyen a través del cable se comportan como ondas cuánticas. 'Golpean contra las paredes, ya veces se reflejan en los flancos del paso de montaña. También sienten la presencia del otro '. Esto da como resultado una interacción compleja de varios fenómenos físicos. A esto lo llamamos "física de muchos cuerpos". Es muy complejo. No se puede describir cómo proceden todas las interacciones con una sola fórmula simple '. Sin embargo, el resultado final es que un electrón queda atrapado en la cima del paso de montaña o, en palabras de los físicos, se localiza. Esto influye en la conductividad de los cables y da como resultado picos extraños. Y con cables más largos, dos o más electrones pueden localizarse, lo que resulta en picos dobles o incluso triples. '

Mas complejo

«Lo que sabemos ahora es que el comportamiento de los electrones en este tipo de cable cuántico es mucho más complejo de lo que pensábamos. Eso tiene todo tipo de consecuencias '. Las características de los electrones que pasan a través de dicho cable, por ejemplo, su espín (el movimiento precesional de los electrones), puede cambiar en el cable. Eso es algo que hay que tener en cuenta. Los cables cuánticos se utilizan a menudo en la investigación, por ejemplo, al hacer Quantum Dots (utilizados como bits al construir una computadora cuántica).

Además del artículo de Van der Wal y sus colegas, Naturaleza publicará otro artículo sobre ZBA el jueves, con muchas de las mismas conclusiones. Por tanto, el misterio está prácticamente resuelto. Los últimos detalles darán lugar a discusiones interesantes, aunque', comenta Van der Wal con entusiasmo.