El efecto Hall cuántico, un efecto fundamental en la mecánica cuántica, produce no sólo corrientes eléctricas sino también magnéticas. Se produce por el movimiento de los electrones en órbitas alrededor del núcleo de los átomos. Así lo revelan los cálculos de un equipo de la Universidad Martin Luther Halle Wittenberg (MLU) publicados en la revista “Cartas de revisión física”. Estos hallazgos pueden utilizarse potencialmente para desarrollar nuevos tipos de dispositivos baratos y energéticamente eficientes.
La electricidad fluye a través de todo tipo de dispositivos electrónicos, ya sea un teléfono móvil o un ordenador. Sin embargo, produce calor, lo que significa que se desperdicia energía. Esto también significa que los chips informáticos tradicionales no pueden fabricarse infinitamente más pequeños. En el campo de la espín-orbittrónica, los investigadores están explorando alternativas para almacenar y procesar información sin desperdiciar energía. La idea básica es utilizar no sólo la carga del electrón sino también su espín y su momento orbital al procesar la información. El espín es el momento angular interno de un electrón y el momento orbital surge del movimiento de los electrones alrededor de los núcleos atómicos. “La combinación de ambos efectos nos permitirá diseñar nuevos dispositivos que sean más potentes y eficientes”, afirma la profesora física Ingrid Mertig de la MLU.
La base del nuevo estudio es el efecto Hall cuántico. Klaus von Klitzing recibió el Premio Nobel de Física en 1985 por su descubrimiento. El efecto se observa cuando los electrones se someten a un campo magnético muy fuerte a temperaturas muy bajas. “El efecto Hall cuántico es especial porque las corrientes eléctricas generadas sólo fluyen por los bordes de la muestra. Además, la resistencia eléctrica correspondiente sólo puede adoptar determinados valores”, explica el Dr. Borj Gobel. Aunque los científicos conocen este efecto desde hace décadas, los cálculos del equipo proporcionaron una nueva idea: la corriente de borde también tiene propiedades magnéticas debido al momento orbital de los electrones. “En el futuro, podrían utilizarse para transportar información adicional y operar dispositivos electrónicos de forma más eficiente”, afirma Gobel. Sorprendentemente, el nuevo efecto se produce además del efecto Hall cuántico y no está asociado con materiales raros y costosos, como suele ocurrir en la espintrónica.
Göbel y Mertig ya continúan su investigación en el marco del proyecto de investigación internacional “Ingeniería orbital para electrónica innovadora” (Obelix), financiado por el programa “Pathfinder” del Consejo Europeo de Innovación. El objetivo es encontrar nuevas tecnologías comercializables. Para ello, Mertig y Göbel colaboran con institutos de investigación de Alemania, Francia y Suecia.
Mertig y Göbel también aportan su experiencia al campo de la espin-orbittrónica participando en el proyecto “Centro de Electrónica Quiral”, financiado por Excellence Strategy Funding junto con la MLU, la Freie Universität Berlin y la Universidad de Regensburg. También participa el Instituto Max Planck de Física de Microestructuras de Halle.
