Los materiales con propiedades mecánicas cuánticas controlables son de gran importancia para la electrónica y las computadoras cuánticas del futuro. Sin embargo, encontrar o diseñar materiales realistas que realmente tengan estos efectos es un gran desafío. Ahora, un equipo internacional de teoría y computación dirigido por CesareFranchini, de la Universidad de Viena, encuentra que múltiples interacciones cuánticas pueden coexistir en un solo material real y muestra cómo se puede usar un campo eléctrico para controlarlas. Los resultados de esta investigación ahora se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
Las computadoras electrónicas y cuánticas de próxima generación dependen de materiales que exhiben fenómenos de mecánica cuántica y propiedades relacionadas, que pueden controlarse mediante estímulos externos, por ejemplo, mediante una batería en un circuito microelectrónico. La mecánica cuántica gobierna, por ejemplo, qué tan rápido - ysi los electrones pueden moverse a través de un material y, por lo tanto, determinar si el material es un metal que conduce una corriente eléctrica o si es un aislante que no puede conducir una corriente. Además, la interacción de los electrones con la estructura cristalina controlasi un material puede ser ferroeléctrico. En este caso, uno puede cambiar entre dos orientaciones eléctricas aplicando un campo eléctrico externo. La posibilidad de activar múltiples propiedades cuánticas mecánicas en un solo material es de interés científico fundamental pero también puede ampliar el espectro de potencialaplicaciones.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por el Profesor Cesare Franchini y el Dr. Jiangang He del Grupo de Modelado de Materiales Cuánticos de la Universidad de Viena, en cooperación con el Profesor Rondinelli de la Universidad del Noroeste y el Profesor Xing-Qiu Chen de la Academia de Ciencias de Chinaahora demostró que múltiples interacciones cuánticas pueden, de hecho, coexistir en un solo material y que es posible sintonizar entre ellas con un campo eléctrico ". Esto es como despertar diferentes tipos de interacciones cuánticas que duermen en silencio en la misma casa sin conocer cada unaotro ", explica el profesor Franchini. Para su descubrimiento, los científicos resolvieron la forma relativista de la ecuación de Schrödinger, realizando simulaciones por computadora en el Cúmulo Científico de Viena. El material de su elección, el compuesto Ag2BiO3, es excepcional por dos razones;por un lado, está compuesto por el elemento pesado bismuto, que permite que el giro del electrón interactúe con su propio movimiento acoplamiento de órbita giratoria: una característica que no tiene analogía en la física clásica.Por otro lado, su estructura cristalina no exhibe simetría de inversión, lo que sugiere que podría ocurrir ferroelectricidad.
"Armonizar múltiples propiedades de la mecánica cuántica que a menudo no coexisten juntas y tratar de hacerlo por diseño es muy complejo", afirma el profesor Rondinelli. La aplicación de un campo eléctrico al óxido Ag2BiO3 cambia las posiciones atómicas y determina si los espines sonacoplados en pares formando los llamados fermiones de Weyl o separados división de Rashba, y si el material es eléctricamente conductor o no ". Hemos encontrado el primer caso real de una transición cuántica topológica de un aislante ferroeléctrico a un nosemimetálico-ferroeléctrico ", irradia Prof. Franchini. El acoplamiento espín-órbita es de fundamental importancia, ya que puede generar la formación de nuevos estados cuánticos de la materia, y representa una de las áreas de investigación más candentes de la física moderna. También en vistade aplicaciones potenciales, hay perspectivas prometedoras: el control sobre las interacciones cuánticas en un material real podría permitir que la electrónica ultrarrápida y de baja potencia y las computadoras cuánticas den saltos cualitativosreenviar en adquisición, procesamiento e intercambio de datos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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