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Un nuevo semimetal da en el blanco cuántico

El descubrimiento de la naturaleza extraordinariamente prístina de un nuevo semimetal sienta las bases para una nueva clase de materiales que podrían abrir el camino para nuevas y potentes tecnologías cuánticas.

Investigación fundamental

La investigación de los semimetales acaba de dar un importante paso adelante con el descubrimiento de un material que podría dar lugar al desarrollo de tecnologías cuánticas avanzadas. Un equipo de científicos de Austria y los Estados Unidos demostraron que el semimetal que estaban estudiando podía lograr un estado crítico cuántico de forma natural sin influencias externas. Un artículo publicado en la revista «Science Advances» describe la investigación, que recibió el respaldo del proyecto financiado con fondos europeos EMP. Cuando los materiales transitan de una fase a otra, por ejemplo, de sólido a líquido cuando el hielo se calienta y se derrite, normalmente deben hacerlo mediante cambios de la temperatura. Sin embargo, las transiciones de fase también se producen cuando se forman estados magnéticos y superconductores. Los científicos que estudian las propiedades cuánticas de los materiales se esfuerzan por lograr transiciones de fase en el cero absoluto, donde se produce la fluctuación cuántica. Cuando dicha transición se produce, se denomina punto crítico cuántico. Wesley Fuhrman, de la Universidad Johns Hopkins y autor principal del estudio, destaca en una noticia publicada en «EurekAlert!»: «Acercarse a este punto es normalmente extremadamente complicado y nunca se puede estar seguro de si el material va a alcanzar verdaderamente el punto crítico cuántico. Imagine una diana en la que el centro se hace cada vez más pequeño a medida que disminuye la temperatura».

¿Qué hay en un semimetal?

El material en estudio estaba formado por una parte de cerio (Ce), cuatro partes de rutenio (Ru) y seis partes de estaño (Sn), y fue fabricado en la Universidad Técnica de Viena, socia del proyecto EMP. Los experimentos de susceptibilidad magnética, de calor específico y de dispersión inelástica de neutrones revelaron que el metal CeRu4Sn6 era crítico cuántico de forma natural sin ninguna influencia exterior. Fuhrman afirma: «En nuestro caso, el CeRu4Sn6 parece encontrarse en el punto crítico cuántico sin tener que estar jugando con todo esto: es una criticidad cuántica prístina en la que el dardo siempre acierta en el blanco». A esto, Fuhrman añade destacando la importancia de poder manipular estados cuánticos para el desarrollo de tecnologías cuánticas: «Un material en su punto crítico cuántico es perfecto para la manipulación, puesto que se encuentra al borde de varias fases». En los ordenadores cuánticos —la tecnología cuántica con la que las personas están más familiarizadas— la información se guarda en cúbits, cuyos estados cuánticos los investigadores se afanan por controlar en la actualidad. El nuevo semimetal parece poseer ciertos estados cuánticos de gran estabilidad que no son fácilmente perturbados por fuerzas externas, lo que lo convierte en un material prometedor para los ordenadores cuánticos. Aunque se necesita investigar más, le ha dado al equipo el motivo para esperar que se puedan diseñar otros materiales con estos estados cuánticos. Esto es importante porque las tecnologías cuánticas necesitarán un gran número de materiales para hacerlas funcionar, explica Fuhrman en la noticia: «Un coche es mucho más que la combustión en un cilindro. Para poder desplegar tecnologías cuánticas, necesitamos refrigeradores cuánticos, sensores cuánticos, así como cúbits en el corazón de ordenadores cuánticos». EMP (European Microkelvin Platform) está coordinado por la Universidad de Heidelberg (Alemania). El proyecto, que finalizará en junio de 2023, ofrece una plataforma mejorada para la investigación a temperaturas ultrabajas centrada en materiales y tecnologías cuánticos. Para obtener más información, consulte: Sitio web del proyecto EMP

Palabras clave

EMP, semimetal, material cuántico, punto crítico cuántico, estado cuántico, tecnología cuántica

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