El cobalto escondía estados cuánticos que sobreviven a temperatura ambiente

El cobalto es uno de los imanes más estudiados de la Tierra, ese tipo de elemento que llena los libros de texto y aparece lo mismo en baterías que en motores de avión. Un equipo de físicos del Helmholtz-Zentrum Berlin ha descubierto ahora que ocultaba una densa red de estados electrónicos exóticos, y que esa red se mantiene a temperatura ambiente.

Los estados se llaman líneas nodales magnéticas. Son lugares donde dos corrientes de electrones, separadas según la dirección de su espín, se cruzan sin chocar y trazan caminos continuos a través del cristal en lugar de encontrarse en puntos aislados. Estas propiedades pertenecen a la topología, la rama de la física que describe rasgos tan profundamente inscritos en la estructura de un material que las perturbaciones corrientes no logran borrarlos. En el cobalto, el equipo halló esos cruces tejidos por todo el metal, no confinados a un rincón raro.

Lo llamativo no es solo que los estados existan, sino que sobrevivan al calor de una habitación normal. La mayor parte del comportamiento cuántico que persiguen los físicos solo aparece cerca del cero absoluto, donde se retira el calor y los efectos frágiles por fin se dejan ver. Las líneas nodales del cobalto persisten cientos de grados más arriba, y esa es la diferencia entre una curiosidad de laboratorio y algo que un dispositivo real podría usar.

Para verlas, los investigadores emplearon espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo y en espín, una técnica que arranca electrones de un material con luz y registra tanto su energía como la dirección de su espín. La aplicaron en BESSY II, un sincrotrón de Berlín que produce la luz intensa y finamente ajustada que la medición exige. La resolución añadida les permitió trazar la estructura electrónica del cobalto con mucho más detalle que los trabajos anteriores, y así una red que había pasado inadvertida durante décadas salió por fin a la luz.

«Es exactamente el tipo de funcionalidad de encendido y apagado que se busca para aplicaciones prácticas», afirma Jaime Sánchez-Barriga, que dirigió el equipo internacional. Como los estados están ligados al magnetismo del cobalto, invertir la dirección de un campo magnético permite gobernarlos, una palanca que los ingenieros desean para la espintrónica, una electrónica que codifica la información en el espín del electrón y no en la carga, y que promete chips más rápidos y fríos.

El trabajo es una medición de las propiedades de un material, no un dispositivo en funcionamiento, y esa distancia es grande. Cartografiar estados topológicos en un cristal bajo un haz de sincrotrón está muy lejos de fabricar un chip que los aproveche a gran escala, y otros grupos tendrán que reproducir el resultado y comprobar si el efecto se sostiene fuera de muestras cuidadosamente preparadas. Los autores describen el cobalto como una plataforma ajustable que explorar, no como una tecnología terminada.

Aun así, parte del atractivo es precisamente que el cobalto sea tan corriente. Un material que ya se extrae, refina y fabrica a escala industrial sería mucho más fácil de adoptar que los compuestos raros o delicados que dominan la investigación cuántica.

Los resultados se publicaron en la revista Communications Materials. El equipo planea cartografiar cómo responden las líneas nodales al girar el campo magnético, el siguiente paso para saber si la arquitectura oculta del cobalto puede ponerse a trabajar.

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