La óptica y la electrónica están unidas por un fenómeno cuántico
Un equipo de investigación internacional encabezado por el profesor Ralph Claessen, físico cuántico de Würzburg y co-portavoz de ct.qmat, ha hecho un descubrimiento crucial. “Por primera vez, pudimos generar y detectar experimentalmente cuasipartículas conocidas como excitones en un aislador topológico. Por lo tanto, hemos creado un nuevo conjunto de herramientas para física del estado sólido que se puede usar para controlar los electrones ópticamente”, dice Claessen. “Este principio podría convertirse en la base de un nuevo tipo de componentes electrónicos”.
Crédito: Universidad de Würzburg
Los excitones son cuasipartículas electrónicas. Aunque parecen comportarse como partículas independientes, en realidad representan un estado electrónico excitado que solo puede generarse en ciertos tipos de materia cuántica. "Creamos excitones aplicando un pulso de luz corto a una película delgada que consta de una sola capa de átomos", explica Claessen. Lo inusual de esto, dice, es que los excitones se activaron en un aislador topológico, algo que antes no era posible. “Esto ha abierto una línea de investigación completamente nueva para los aisladores topológicos”, agrega Claessen.
Durante unos diez años, los excitones se han investigado en otros semiconductores bidimensionales y se han considerado portadores de información para componentes impulsados por luz. “Por primera vez, hemos logrado excitar ópticamente los excitones en un aislador topológico. La interacción entre la luz y los excitones significa que podemos esperar nuevos fenómenos en dichos materiales. Este principio podría usarse, por ejemplo, para generar qubits”, dice Claessen.
Los qubits son unidades informáticas para chips cuánticos. Son muy superiores a los bits tradicionales y permiten resolver tareas en cuestión de minutos para las que las supercomputadoras convencionales literalmente tardarían años.i El uso de luz en lugar de voltaje eléctrico permite que los chips cuánticos tengan velocidades de procesamiento mucho más rápidas. Por lo tanto, los últimos hallazgos allanan el camino para futuras tecnologías cuánticas y una nueva generación de dispositivos impulsados por luz en microelectrónica.
Experiencia global de Würzburg
El material de partida correcto es crucial, en este caso, el bismuteno. “Es el hermano pesado del grafeno, un material milagroso”, dice Claessen, quien diseñó por primera vez el aislador topológico en el laboratorio hace cinco años. “Somos los líderes mundiales en este campo”, agrega.
“Debido a nuestro sofisticado diseño de materiales, los átomos de la capa única de bismuteno están dispuestos en un patrón de panal, al igual que el grafeno. La diferencia es que los átomos pesados de bismuteno lo convierten en un topológico aislante, lo que significa que puede conducir electricidad a lo largo del borde sin pérdidas, incluso a temperatura ambiente. Esto no se puede hacer con grafeno”.
Gran potencial
Ahora que el equipo de investigación ha generado excitones en un aislante topológico por primera vez, la atención se dirige a las propias cuasipartículas.
Los científicos de ct.qmat están investigando si las propiedades topológicas del bismuteno se transfieren a los excitones. Demostrar esto científicamente es el próximo hito que los investigadores tienen en la mira. Incluso podría allanar el camino para la construcción de qubits topológicos, que se consideran particularmente robustos en comparación con sus homólogos no topológicos.
Fuente: Un nuevo hito para la electrónica impulsada por la luz
