La búsqueda y manipulación de nuevas propiedades que emergen de la naturaleza cuántica de la materia podría conducir a la electrónica de próxima generación y las computadoras cuánticas. Pero encontrar o diseñar materiales que puedan albergar tales interacciones cuánticas es una tarea difícil.
"Armonizar múltiples propiedades de la mecánica cuántica, que a menudo no coexisten juntas, y tratar de hacerlo por diseño es un desafío muy complejo", dijo James Rondinelli, de la Universidad Northwestern.
Pero Rondinelli y un equipo internacional de investigadores teóricos y computacionales han hecho exactamente eso. No solo han demostrado que múltiples interacciones cuánticas pueden coexistir en un solo material, el equipo también descubrió cómo se puede usar un campo eléctrico para controlar estas interacciones paraajustar las propiedades del material.
Este avance podría permitir equipos electrónicos y cuánticos ultrarrápidos y de baja potencia que funcionan increíblemente más rápido que los modelos actuales en las áreas de adquisición, procesamiento e intercambio de datos.
Con el apoyo de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencia de China, la Fundación de Investigación Alemana y el Fondo Nacional de Ciencia de China para Distinguidos Jóvenes Eruditos, la investigación se publicó en línea hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza . James Rondinelli, profesor junior de Morris E. Fine en Materiales y Fabricación en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, y Cesare Franchini, profesor de modelado de materiales cuánticos en la Universidad de Viena, son los autores corresponsales del artículo. Jiangang He,becario postdoctoral en Northwestern, y Franchini fue el coautor del artículo.
Las interacciones mecánicas cuánticas gobiernan la capacidad y la velocidad con la que los electrones pueden moverse a través de un material. Esto determina si un material es conductor o aislante. También controla si el material exhibe o no ferroelectricidad, o si muestra una polarización eléctrica.
"La posibilidad de acceder a múltiples fases de orden, que dependen de diferentes interacciones de mecánica cuántica en el mismo material, es un problema fundamental desafiante e imprescindible para cumplir las promesas que las ciencias de la información cuántica pueden ofrecer", dijo Franchini.
Utilizando simulaciones computacionales realizadas en el Vienna Scientific Cluster, el equipo descubrió interacciones mecánico-cuánticas coexistentes en el compuesto óxido de plata-bismuto. El bismuto, un metal posterior a la transición, permite que el giro del electrón interactúe con su propio movimiento.- una característica que no tiene analogía en la física clásica. Tampoco exhibe simetría de inversión, lo que sugiere que la ferroelectricidad debería existir cuando el material es un aislante eléctrico. Al aplicar un campo eléctrico al material, los investigadores pudieron controlar si el electrón girafueron acoplados en pares exhibiendo fermiones de Weyl o separados exhibiendo división de Rashba así como si el sistema es eléctricamente conductor o no.
"Este es el primer caso real de una transición cuántica topológica de un aislante ferroeléctrico a un semimetal no ferroeléctrico", dijo Franchini. "Esto es como despertar un tipo diferente de interacciones cuánticas que duermen en silencio en la misma casasin conocerse "
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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