Dodecaboruro de iterbio: el material cuántico que cambiará los móviles

Un físico de la Universidad de Michigan ha obtenido una imagen de lo eficientemente que se conduce la electricidad a través del dodecaboruro de iterbio. La demostración de la conductividad de este material contribuirá a que los científicos comprendan el espín, la carga y el flujo de energía en estos materiales electromagnéticos. Sus resultados aparecen publicados en Science.

YbB12 es un cristal muy limpio e inusual, ya que comparte las propiedades de los conductores y aislantes. Es decir, la mayor parte del interior de YbB12 es un aislante y no conduce electricidad, mientras que su superficie es extraordinariamente eficiente para la conducción de electricidad. Pero los investigadores necesitaban poder medir exactamente lo bueno que era este material para conducir la electricidad.

"En este momento, estamos usando un teléfono para hablar. Dentro del teléfono están sus partes clave: transistores hechos de silicio que conducen la electricidad a través del dispositivo", dice el líder del proyecto, Lu Li, profesor asociado de Física en Michigan. "Estos semiconductores de silicio usan la mayor parte de su propio material para hacer una ruta para la corriente eléctrica. Eso hace difícil construir los dispositivos electrónicos sean más rápidos o más compactos", añade.

Reemplazar los transistores de silicio de un teléfono por otros hechos de materiales cuánticos haría que el teléfono fuera mucho más rápido y mucho más liviano. Eso es porque los transistores dentro del dispositivo conducirían la electricidad muy rápidamente en sus superficies, pero podrían hacerse mucho más pequeños, con un núcleo más ligero debajo de una capa del interior aislante del metal.

Los materiales cuánticos no se limitarán a alimentar nuestros teléfonos. Podrían ser utilizados en la computación cuántica, un campo aún en su infancia, pero que podría ser utilizado para la ciberseguridad. Actualmente, las computadoras funcionan procesando datos en dígitos binarios: 0 y 1. Sin embargo, la velocidad con la que las computadoras pueden procesar los datos de esta manera tiene un límite. En cambio, las computadoras cuánticas usarían las propiedades cuánticas de los átomos y los electrones para procesar información, abriendo la capacidad de procesar grandes volúmenes de información mucho más rápido.

Li estudió el dodecaboruro de iterbio para comprender la firma electrónica del material, que le dice a los investigadores lo bien que un material conduce la electricidad. En un metal limpio que conduce la electricidad de manera muy eficiente los electrones forman grupos dentro de los metales. Las oscilaciones de estos grupos conducen a oscilaciones de la resistencia eléctrica del material. Esta oscilación les dice a los investigadores lo eficiente que es el material a la hora de conducir electricidad. Para medirla, Li usó un imán muy poderoso ubicado en un laboratorio en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida. Para medir la eficiencia de YbB12, Li ejecutó una corriente eléctrica a través de la muestra en presencia del imán. Luego, examinó cuánto cayó el voltaje eléctrico en la muestra. Eso le dijo a Li cuánta resistencia había en el material.

"Finalmente obtuvimos las pruebas correctas. Encontramos un material que era un buen aislante en su interior, pero un buen conductor en su superficie, tan bueno que podemos hacer un circuito eléctrico en ese conductor", dijo Li. "Puedes imaginarte que puedes tener un circuito que se mueva tan rápido como sea posible en una pequeña superficie. Eso es lo que esperamos lograr para la electrónica del futuro".