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Los físicos crean un material electrónico cuántico conocido como 'Kagome Metal'

Los físicos crean un material electrónico cuántico conocido como 'Kagome Metal'


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Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), la Universidad de Harvard y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han anunciado que han creado un material nuevo y exótico como el “metal kagome”.

Este es un cristal conductor de la electricidad que consta de capas de átomos de hierro y estaño dispuestos en un patrón de celosía kagome. Kagome se deriva de las técnicas tradicionales japonesas de fabricación de cestas. El patrón de kagome consta de triángulos simétricos entrelazados dispuestos en una celosía.

Los físicos han estado fascinados por este patrón durante décadas y han planteado la hipótesis de que si los átomos de un metal u otra sustancia conductora pudieran organizarse en tal patrón, el material resultante podría mostrar propiedades electrónicas exóticas. Cuando se hizo pasar una corriente eléctrica a través de las capas atómicas del cristal, se descubrió que la corriente se comportaba de formas muy inusuales.

Los electrones de la corriente no fluían directamente a través de la red como se esperaba, sino que se doblaban en caminos circulares estrechos y fluían a lo largo de los bordes sin perder energía.

Efecto Hall cuántico mostrado

Se descubrió que el comportamiento de estos electrones es similar a algo conocido como efecto Hall cuántico en física. Este es un fenómeno observado en materiales bidimensionales que pertenecen a una rama de la física conocida como mecánica cuántica.

La mecánica cuántica es una teoría fundamental en física que describe la naturaleza en las escalas más pequeñas de átomos y partículas subatómicas. A tales escalas, los objetos pueden mostrar algunas propiedades muy diferentes, como tener las características de una onda y una partícula al mismo tiempo.

"Al construir la red kagome de hierro, que es inherentemente magnética, este comportamiento exótico persiste a temperatura ambiente y más", dijo Joseph Checkelsky, profesor asistente de Física en el MIT. “Las cargas en el cristal no solo sienten los campos magnéticos de estos átomos, sino también una fuerza magnética puramente mecánica cuántica de la red. Esto podría conducir a una conducción perfecta, similar a la superconductividad, en futuras generaciones de materiales ".

Estabilizando a temperatura ambiente

Para poder hacer el metal, el equipo primero unió hierro y estaño y los molió. Luego calentaron el polvo resultante a 750 grados Celsius.

Esta era la temperatura, donde los átomos de hierro y estaño cristalizaban y se colocaban en una red con patrón de kagome. A continuación, los cristales se sumergieron en un baño de hielo y esto hizo que la red fuera estable a temperatura ambiente. "El patrón de kagome tiene grandes espacios vacíos que pueden ser fáciles de tejer a mano, pero a menudo son inestables en sólidos cristalinos, que prefieren el mejor empaque de átomos", dijo Linda Ye, coautora del estudio y también del MIT.

“El truco aquí fue llenar estos vacíos con un segundo tipo de átomo en una estructura que fuera al menos estable a altas temperaturas. Darse cuenta de estos materiales cuánticos no necesita alquimia, sino ciencia de los materiales y paciencia ".

Los investigadores creen que los metales que son similares y tienen celosías kagome podrían resultar útiles en una amplia gama de aplicaciones, desde la computación cuántica hasta las líneas eléctricas que no perderían energía.


Ver el vídeo: Difracción Electrones (Julio 2022).


Comentarios:

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