Los descubrimientos tecnológicos revolucionarios de las próximas décadas, los que cambiarán la vida diaria, pueden provenir de nuevos materiales tan pequeños que hacen que los nanomateriales parezcan gigantes grumosos.

Estos nuevos materiales serán diseñados y refinados a escala picométrica, que es mil veces más pequeño que un nanómetro y un millón de veces más pequeño que un micrómetro (que a su vez es más pequeño que el ancho de un cabello humano). Para hacer este trabajo, los científicos necesitarán capacitación en una serie de nuevos equipos que puedan medir y guiar materiales tan exquisitamente controlados. El trabajo consiste en diseñar los materiales teóricamente, fabricándolos, y caracterizando sus propiedades.

En la Universidad de Yale, tienen un nombre para ello; lo llaman "picosciencia".

"Los investigadores de Yale están inventando nuevos materiales que son pequeños, rápido, y puede funcionar de muchas formas, como imitar neuronas en el cerebro, computación con imanes, y calcular con mecánica cuántica, "dijo Frederick Walker, un científico investigador senior en el laboratorio de Charles Ahn, el Profesor John C. Malone de Física Aplicada, Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales, y Física, y presidente del Departamento de Física Aplicada.

Ahn es el autor principal de un nuevo estudio que mueve la picosciencia en otra dirección:tomar elementos de la tabla periódica y manipularlos a nivel subatómico para descubrir nuevos materiales.

Sangjae Lee, estudiante de posgrado en el laboratorio de Ahn y primer autor del estudio, diseñó y cultivó el nuevo material, que es un artificial, cristal en capas compuesto por los elementos lantano, titanio, cobalto, y oxigeno.

Los investigadores colocaron los elementos en capas de un plano atómico a la vez, de modo que láminas de óxido de titanio de un átomo de espesor transfieren un electrón a láminas de óxido de cobalto de un átomo de espesor. Esto cambió la configuración electrónica y las propiedades magnéticas de la hoja de óxido de cobalto.

"Pudimos manipular los átomos constituyentes con una precisión mucho menor que el propio átomo, ", Dijo Lee." Estos tipos de nuevos cristales pueden formar la base para el desarrollo de nuevos materiales magnéticos, donde un delicado equilibrio entre el magnetismo y la conducción electrónica en escalas de longitud tan pequeñas se puede manipular en la novela, dispositivos similares a transistores que tienen ventajas de rendimiento sobre los transistores actuales ".

Lee se capacitó en varios instrumentos que se están desarrollando en el National Synchrotron Light Source II en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. Un sincrotrón es una máquina aproximadamente del tamaño de un campo de fútbol que acelera los electrones casi a la velocidad de la luz. Los electrones generan haces de rayos X extremadamente brillantes que son utilizados por investigadores en experimentos.

El nuevo estudio aparece en la revista Cartas de revisión física y cuenta con coautores de Yale, Brookhaven, el Instituto Flatiron, y Laboratorio Nacional Argonne. Los coautores de Yale, además de Ahn y Lee, son Sohrab Ismail-Beigi, Alex Taekyung Lee, Caminante, Ankit Disa, y Yichen Jia.

Además de diseñar y hacer crecer los nuevos materiales, Sangjae Lee los caracterizó y analizó los resultados. Desde el lado teórico, Los colegas de Yale Alex Taekyung Lee y Alexandru Georgescu, que ahora está en el Centro de Física Cuántica Computacional en el Instituto Flatiron, utilizó cálculos mecánicos cuánticos para calcular la estructura de los materiales y su efecto en su configuración electrónica. Este trabajo permitió al equipo describir el estado magnético de los materiales.

Yale ha identificado el desarrollo de materiales cuánticos como un área de investigación prioritaria, previendo su uso en nuevos sistemas computacionales que superarán con creces a las computadoras actuales. La universidad también ha notado la importancia de las colaboraciones con Brookhaven, que cuenta con algunas de las instalaciones de caracterización de materiales más avanzadas de los Estados Unidos, incluido el sincrotrón más nuevo del país.

"La invención de nuevos materiales ha estado en el corazón de los avances tecnológicos que han transformado nuestras vidas, "dijo el coautor Ismail-Beigi, profesor de física aplicada en Yale. "Los nuevos materiales electrónicos han impulsado las capacidades cada vez mayores de los teléfonos móviles, ordenadores, tabletas, relojes inteligentes, y dispositivos médicos ".

El coautor Walker destacó la importancia de la comunicación entre experimentadores y teóricos en la realización de investigaciones en picosciencias:"Un ciclo de retroalimentación sinérgica entre el diseño teórico y la fabricación experimental es crucial para descubrir con éxito las propiedades de nuevos materiales, "Este ciclo de retroalimentación se ha convertido en una característica del programa de descubrimiento de materiales de la National Science Foundation y fue desarrollado originalmente en Yale".