El metal cuántico es el metal donde los efectos cuánticos, los comportamientos que generalmente son importantes solo en las escalas nucleares) se vuelven lo suficientemente fuertes como para controlar las propiedades eléctricas macroscópicas metálicas.
Los investigadores en Japón han explicado cómo se comporta la electricidad en un grupo especial de metales cuánticos llamado Kaggom Metal. El estudio es primero en mostrar cómo los campos magnéticos débiles invierten las corrientes eléctricas de bucle pequeño dentro de estos metales. Esta conmutación cambia las propiedades eléctricas macroscópicas del material y contradice qué dirección tiene una corriente eléctrica simple, es una propiedad conocida como efecto de diodo, donde la corriente fluye más fácilmente en una dirección que la otra.
Significativamente, el equipo de investigación ha descubierto que los efectos geométricos cuánticos aumentan este cambio aproximadamente 100 veces. Estudio, publicado Actividades de la Academia Nacional de CienciasProporciona la base teórica que eventualmente se puede transportar a nuevos dispositivos electrónicos controlados por imanes ordinarios.
Los científicos observaron este extraño comportamiento de cambio magnético en el examen desde 2021, pero no pudieron explicar por qué era tan poderoso. Este estudio proporciona la primera estructura teórica al explicar ambos.
Cuando los electrones decepcionados no pueden asentarse
El nombre “Kaggom Metal” proviene de la palabra japonesa “Kaggom”, que significa “ojos de canasta” o “patrón de canasta” que se refiere a una técnica tradicional de tejido de bambú que crea un diseño triangular interconectado.
Estos metales son especiales porque sus átomos están organizados en este patrón único de testimonio de canasta que los científicos crean “decepción geométrica” que crean electrones no se pueden resolver en patrones simples y organizados y obligados a los estados cuánticos más complejos que incluyen corrientes de bucle.
Las corrientes de bucle interior de estos metales cambian la dirección cuando cambia el comportamiento eléctrico de metal. El equipo de investigación ha demostrado que las corrientes de bucle y los patrones de electrones nacionales de onda (ondas de densidad de carga) funcionan juntos para romper la simetría básica de la estructura electrónica. También descubrieron que los efectos geométricos cuánticos, comportamientos únicos que solo ocurren en las escalas más pequeñas de sustancia, mejoran significativamente el efecto de conmutación.
“Cada vez que vimos un cambio magnético, sabíamos que algo extraordinario estaba sucediendo, pero no podemos explicar por qué”, recordó el autor principal y profesor de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Graduate y el profesor Herosi Kantani.
“Hay una ampliación construida de metales Kaggom que hacen que los efectos cuánticos sean mucho más fuertes que los metales ordinarios. Su estructura cristalina y la combinación de comportamiento electrónico les permite romper algunas de las principales reglas de física, que se conoce como simetría espontánea.
El sistema de investigación participa en el enfriamiento de los metales a una temperatura muy baja de aproximadamente -190 ° C. A esta temperatura, el metal Kaggom desarrolla naturalmente estados cuánticos donde los electrones producen corrientes y crean patrones de tipo onda en todo el material. Cuando los científicos aplican campos magnéticos débiles, invierten estas corrientes girando y, como resultado, el aspecto preferido del flujo de corriente en los cambios de metales.
Los nuevos materiales se combinan con una nueva teoría
Este progreso en la física cuántica no fue posible hasta hace poco porque los metales de Kaggom solo fueron descubiertos en 2021. Los científicos observaron el misterioso efecto de conmutación eléctrica en las pruebas rápidas, no pudieron explicar cómo funcionó.
Las interacciones cuánticas involucradas son corrientes muy complejas y de bucle, la geometría cuántica y los campos magnéticos deben comprender mejor cómo trabajar juntos, conocimiento que solo se ha desarrollado en los últimos años. Estos efectos también son muy sensibles a las impurezas, cepas y condiciones externas, lo que los hace difíciles de estudiar.
“Este fue el descubrimiento porque las tres cosas eran exactamente en el momento adecuado: finalmente teníamos nuevos materiales, tenían teorías avanzadas para la comprensión y tenían herramientas de alta tecnología para estudiar correctamente. Ninguno de ellos estaba presente muy recientemente, por lo que nadie podía resolver este rompecabezas ahora”, agregó el profesor.
“El control magnético de las propiedades eléctricas en estos metales puede permitir que sean nuevos tipos de dispositivos de memoria magnética o sensores demasiado sensibles. Nuestro estudio proporciona la comprensión básica de la tecnología controlada cuántica de la próxima generación”, dijo.
