Descubren geometría oculta que curva electrones como la gravedad

Un grupo de investigadores de la Université de Genève, en colaboración con colegas de la Universidad de Salerno y el CNR-SPIN Institute en Italia, realizó un descubrimiento significativo al identificar una geometría cuántica oculta dentro de un material que altera el movimiento de los electrones. Este fenómeno se asemeja a cómo la gravedad curva la luz, y su observación experimental marca un hito en el campo de la electrónica cuántica.

Importancia de los Materiales Cuánticos

La tecnología moderna depende de materiales con un rendimiento excepcional, muchos de los cuales son producto de la física cuántica. Esta rama de la ciencia se ocupa de la materia a escalas microscópicas, donde las partículas presentan comportamientos sorprendentes. A lo largo del último siglo, la investigación sobre átomos, electrones y fotones ha llevado a la invención de transistores y a la base de las computadoras actuales.

Recientemente, se han descubierto efectos cuánticos que desafían las teorías establecidas. Investigaciones previas sugieren que, cuando un gran número de partículas interactúa en ciertos materiales, puede emerger una geometría interna que redirige el movimiento de los electrones, similar a la curvatura de la luz descrita por la teoría de la gravedad de Albert Einstein.

De la Idea Matemática a la Realidad Medida

La estructura interna conocida como métrica cuántica describe la curvatura del espacio cuántico por el cual transitan los electrones y afecta muchas propiedades microscópicas de los materiales. A pesar de su relevancia, demostrar su existencia experimentalmente ha sido extremadamente complicado.

"El concepto de métrica cuántica data de hace aproximadamente 20 años, pero durante mucho tiempo se consideró puramente como un constructo teórico. Solo en años recientes los científicos han comenzado a explorar sus efectos tangibles en las propiedades de la materia", explicó Andrea Caviglia, profesor y director del Departamento de Física de Materia Cuántica en la UNIGE.

Detección de una Geometría Oculta en Materiales Cuánticos

En el nuevo estudio, el equipo de investigación, liderado por UNIGE, detectó la métrica cuántica en la interfaz entre dos materiales óxidos: el titanio de estroncio y el aluminato de lantano. Esta interfaz es conocida como una plataforma potente para el estudio del comportamiento cuántico.

"Su presencia se puede revelar al observar cómo se distorsionan las trayectorias electrónicas bajo la influencia combinada de la métrica cuántica y campos magnéticos intensos aplicados a los sólidos", comentó Giacomo Sala, investigador asociado en el Departamento de Física de Materia Cuántica de UNIGE y autor principal del estudio.

Implicaciones para Tecnologías Futuras

La posibilidad de observar este efecto permite a los científicos medir con mayor precisión las propiedades ópticas, electrónicas y de transporte de un material. El equipo también encontró que la métrica cuántica es una característica fundamental de muchos materiales, y no una excepción rara como se había creído anteriormente.

"Estos descubrimientos abren nuevas vías para explorar y aprovechar la geometría cuántica en una amplia gama de materiales, con importantes implicaciones para la electrónica futura que opere a frecuencias de terahercios (un billón de hertz), así como para la superconductividad y las interacciones luz-materia", concluyó Andrea Caviglia.

Temas