Una nueva era de la materia cuántica: desde PCs auto-recargables hasta viajes a Marte - La revolución tecnológica que indica la nueva fase cuántica de "transporte por espín"

1. Introducción: La "quinta forma" de la materia cuántica se revela

Así como el agua cambia de hielo a líquido y vapor, en el mundo material existen múltiples **estados (fases)**. El 25 de julio de 2025, se marcó un nuevo punto en el mapa de la ciencia de los materiales. El **"aislante excitónico de triplete de espín"** reportado por el profesor asociado Luis Jauregui de UC Irvine y su equipo es una fase ilusoria que solo existía en teoría hasta ahora.

2. HfTe₅ y un campo magnético de 70 teslas: Detrás del escenario del experimento

El nuevo estado fue observado en el material pentatelururo de hafnio HfTe₅. Este cristal en capas posee rutas de conducción en forma de cadena y, bajo campos magnéticos fuertes, las bandas electrónicas convergen en un modo cero. El equipo de investigación utilizó las instalaciones de campo de pulso del Laboratorio Nacional de Los Álamos y el Laboratorio Nacional de Campo Magnético para aplicar un campo magnético de hasta 70 T, "700 veces más fuerte que un imán de refrigerador". Al superar el punto crítico, la resistencia aumentó drásticamente y la conductividad Hall se fijó en cero, una señal de que el flujo de carga se detuvo y en su lugar, solo el espín se ordenó.

3. ¿Qué es un excitón y qué significa "triplete de espín"?

Un excitón es una partícula virtual donde un electrón y un hueco están unidos por atracción. Normalmente, sus espines están en direcciones opuestas formando un singlete de espín, pero en este caso se formó un "triplete de espín" con espines en la misma dirección. Teóricamente, esto solo se logra en el límite donde la interacción de Coulomb fuerte y el cruce de bandas actúan simultáneamente, y esta es la primera observación. El modo Weyl de HfTe₅ (banda de Landau de orden cero que se extiende en una dirección) que se cruza dos veces en el límite ultra cuántico cumplió con estas condiciones.

4. Resistencia a la radiación y "autocarga": Potencial de aplicación

La nueva fase de HfTe₅ es menos susceptible a defectos de red y radiación ionizante, lo que se espera que permita construir unidades de cálculo resistentes para equipos de exploración espacial profunda. Además, la información de espín tiene baja disipación, lo que podría ser clave para la lógica autocargable sin necesidad de baterías y dispositivos de espintrónica de próxima generación. El equipo de investigación comentó que "se abre un mercado completamente nuevo para 'chips cuánticos utilizables en el espacio'".

5. Perspectiva de los expertos: Investigadores veteranos hablan sobre el avance

• Profesor asociado Otsuki de la Universidad de Tokio

  "Se predice que los excitones de triplete son difíciles de romper incluso a altas temperaturas. Si se pueden elevar cerca de la temperatura ambiente, el límite cuántico podría implementarse en la vida cotidiana".

• Grupo de propiedades cristalinas del MIT

  "El estado de cero Hall que se mantiene en un rango amplio es óptimo para experimentos de superfluidez de espín. Podría hacerse realidad una unión de Josephson en versión de espín".

6. Reacciones en redes sociales: Un dúo de entusiasmo y calma

En Reddit, en r/science, se concentraron más de 1,800 votos positivos en 24 horas. El comentario principal fue crítico: "'Dicen que se puede usar en el espacio, pero ¿llevarás el imán de 70 T?'". Por otro lado, un usuario que se identificó como investigador de información cuántica elogió: "'Mantener más de 60 T en cero Hall es una prueba viviente de dispositivos de flujo de espín'". En X (anteriormente Twitter), #ExcitonicInsulator fue tendencia temporal en América del Norte, y la publicación oficial de Phys.org fue compartida más de 20,000 veces.RedditX (anteriormente Twitter)

7. Sensación en la industria

El CTO de Space‑Next, un fabricante de satélites, respondió a nuestra entrevista: "Queremos equipar un chip de prueba en la sonda espacial profunda de 2028". El gigante de semiconductores InfiniSpin reveló que ha comenzado investigaciones por encargo sobre el crecimiento de películas delgadas de HfTe₅. Sin embargo, el costo de generar campos magnéticos gigantes sigue siendo un desafío, y parece que la competencia se intensificará en torno a "superredes moiré" e "ingeniería de deformación" para estabilizar la misma fase a presión normal y sin campo magnético.

8. Desafíos y perspectivas futuras

1. Reducción del campo magnético crítico: Se está investigando el dopaje químico para cambiar el ángulo de cruce de las bandas de Weyl.

2. Operación a temperatura ambiente: La tecnología de compresión intercapas para aumentar la energía de enlace de los excitones es clave.

3. Implementación de dispositivos: Se planea un prototipo de válvula de espín no local para medir la superfluidez de espín el próximo año.

4. Experimento con rayos cósmicos: Se están llevando a cabo negociaciones con JAXA para pruebas de irradiación en la plataforma externa de la ISS.

9. Conclusión

El recientemente confirmado aislante excitónico de triplete de espín está haciendo realidad el inexplorado campo de la "electrónica donde el espín cuántico es el protagonista". Aunque hay muchos desafíos no resueltos, la "materia cuántica que almacena energía y es inmune a los rayos cósmicos" ha entrado finalmente en la fase de demostración, marcando el significado histórico del verano de 2025.

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