Físicos atrapan electronres en un cristal 3D por primera vez

Físicos del MIT han atrapado con éxito electrones en un cristal puro, consiguiendo por primera vez una banda plana electrónica en un material tridimensional.

Con cierta manipulación química, los investigadores también demostraron que podían transformar el cristal en un superconductor, un material que conduce electricidad con resistencia cero, informa el MIT.

La geometría atómica del cristal hace posible el estado atrapado de los electrones. El cristal, que los físicos sintetizaron, tiene una disposición de átomos que se asemeja a los patrones tejidos en «kagome», el arte japonés de tejer cestas. En esta geometría específica, los investigadores descubrieron que los electrones estaban «enjaulados», en lugar de saltar entre átomos y asentarse en la misma banda de energía.

Los investigadores dicen que este estado de banda plana se puede lograr con prácticamente cualquier combinación de átomos, siempre que estén dispuestos en esta geometría 3D inspirada en Kagome.

Los resultados publicados en Nature proporcionan una nueva forma para que los científicos exploren estados electrónicos raros en materiales tridimensionales, según los autores. Estos materiales podrían algún día optimizarse para permitir líneas eléctricas ultraeficientes, bits cuánticos de supercomputación y dispositivos electrónicos más rápidos e inteligentes.

«Ahora que sabemos que podemos hacer una banda plana a partir de esta geometría, tenemos una gran motivación para estudiar otras estructuras que podrían tener otra física nueva que podría ser una plataforma para nuevas tecnologías», dice el autor del estudio Joseph Checkelsky, profesor asociado de física. .

En los últimos años, los físicos han atrapado electrones con éxito y han confirmado su estado electrónico de banda plana en materiales bidimensionales. Sin embargo, los científicos descubrieron que los electrones atrapados en dos dimensiones pueden escapar fácilmente de la tercera, lo que hace que los estados de banda plana sean difíciles de mantener en 2D.

En su nuevo estudio, Checkelsky, Comin y sus colegas buscaron crear bandas planas en materiales 3D, de modo que los electrones quedaran atrapados en las tres dimensiones y cualquier estado electrónico exótico pudiera mantenerse de manera más estable.