En ciertos nanomateriales, los electrones pueden correr a través de carreteras personalizadas de solo un átomo de ancho. Para lograr una excelente eficiencia, estos caminos unidimensionales deben estar pavimentados con absoluta perfección: un solo átomo errante puede detener la carrera de electrones en sus pistaso incluso lanzarlo hacia atrás. Desafortunadamente, tales imperfecciones son inevitables.
Ahora, un par de científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich han propuesto la primera solución para este paro subatómico: una forma novedosa de crear una onda de electrones más robusta al unir la dirección del electrónmovimiento y su giro. El truco, como se describe en un artículo publicado el 16 de noviembre en Cartas de revisión física y presentado como Selección del Editor, es explotar iones magnéticos que entrelazan la pista de carreras de electrones. La teoría podría impulsar avances en la ingeniería a nanoescala para tecnologías de almacenamiento de datos y energía.
"Los materiales unidimensionales solo pueden ser muy buenos conductores si no tienen defectos, pero nada en este mundo es perfecto", dijo el físico de Brookhaven Alexei Tsvelik, uno de los dos autores del artículo. "Nuestra teoría, la primera dede este tipo, presenta una forma de proteger las ondas de electrones y optimizar estos materiales ".
El trabajo se basa en un sistema modelo llamado cadena Kondo, donde los electrones que fluyen interactúan con los momentos magnéticos locales dentro de un material. Aprovechada adecuadamente, esta poderosa interacción podría permitir que los materiales se comporten como conductores perfectos y ofrezcan una alta eficiencia.
Protección del transporte
Los canales de todo el átomo solo permiten el movimiento en una de las dos direcciones opuestas: derecha o izquierda. Los electrones que viajan a través de un camino tan estrecho, que avanza en las llamadas ondas de densidad de carga, se pueden revertir fácilmente por prácticamente cualquier obstáculo.
"La ola se eleva como un tsunami electrónico que se espera que transporte electrones suavemente en una dirección", dijo Tsvelik. "Pero resulta que este tsunami puede ser fácilmente identificado por el desorden, por las impurezas en el material".
Este "tsunami" cambia de dirección a través de un fenómeno que sofoca la conductividad llamado retrodispersión, como una ola que se rompe contra acantilados escarpados. Pero aunque la dirección se invierte fácilmente, otra característica del electrón es mucho más resistente: el giro. El giro de un electrón, como una parte superior cuántica que gira constantemente, solo puede describirse como arriba o abajo, y es impermeable a las imperfecciones simples del material. El truco, entonces, es enseñarle a la onda direccional a apoyarse en el giro para obtener apoyo.
"A medida que los electrones fluyen, interactúan con momentos magnéticos incrustados en el material; estos focos de magnetismo intrínseco son la clave para producir el estado ligado", dijo el físico de la Universidad Ludwig Maximilian Oleg Yevtushenko, el otro colaborador en el papel ".Los momentos magnéticos unen el giro y la dirección muy juntos, por lo que cualquier perturbación necesitaría voltear el giro del electrón para cambiar su dirección ".
Estas ondas electrónicas rodantes podrían describirse como movimiento a la derecha con giro hacia arriba, movimiento a la izquierda con giro hacia abajo, etc. En cada caso, la dirección se ve reforzada por el giro.
Construyendo una bicicleta electrónica
Imagine caminar por un camino estrecho apenas lo suficientemente ancho para ambos pies. En un sistema tan simple, dar la vuelta es fácil: uno puede girar a la menor provocación.
"¿Pero qué pasa si le damos una bicicleta a nuestro peatón?", Dijo Tsvelik. "De repente se hace muy difícil romper ese momento angular y cambiar de dirección, especialmente en un camino tan estrecho. Este estado de dirección de giro es como nuestro electrónbicicleta, manteniéndolo rodando lo suficientemente potente como para superar los baches en el camino unidimensional "
Para verificar la eficacia de esta bicicleta electrónica teórica, los científicos deberán aplicar esta teoría a pruebas estrictas.
"Los iones magnéticos en materiales como el cesio, el hierro y el manganeso son excelentes candidatos para generar y explorar este prometedor estado ligado", dijo Yevtushenko.
El proceso de sintetizar materiales unidimensionales funcionales, como alambres metálicos delgados o caminos evocados por la química, continúa evolucionando e impulsando la teoría y la industria hacia adelante. Científicos en el Departamento de Física de Materia Condensada y Materiales de Brookhaven Lab y en el Centro para la FunciónLos nanomateriales se especializan en arquitecturas atómicas similares únicas en su tipo.
"Esperamos que nuestros colegas salten a este desafío, especialmente porque es el único método propuesto para mejorar el flujo en esta escala 1D", dijo Tsvelik. "¿Quién sabe a dónde podrían conducir estos conceptos fundamentales? La maravilla de la ciencia es que traesorpresa."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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