El cobalto escondía estados cuánticos que aguantan a temperatura ambiente

El cobalto es uno de los imanes más estudiados de la Tierra, de esos elementos que llenan los libros de texto y aparecen tanto en baterías como en motores de avión. Un equipo de físicos del Helmholtz-Zentrum Berlin descubrió que escondía una densa red de estados electrónicos exóticos, y que esa red se sostiene a temperatura ambiente.

Esos 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 dibujan caminos continuos a través del cristal en vez de encontrarse en puntos sueltos. Son propiedades de la topología, la rama de la física que describe rasgos tan metidos en la estructura de un material que las perturbaciones comunes no los borran. En el cobalto, el equipo encontró esos cruces repartidos por todo el metal, no encerrados en un rincón raro.

Lo llamativo no es solo que los estados existan, sino que aguanten el calor de una habitación normal. Casi todo el comportamiento cuántico que persiguen los físicos aparece apenas cerca del cero absoluto, donde se quita el calor y los efectos frágiles recién se dejan ver. Las líneas nodales del cobalto siguen ahí 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 usaron espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo y en espín, una técnica que arranca electrones de un material con luz y registra su energía y la dirección de su espín. La aplicaron en BESSY II, un sincrotrón de Berlín que genera la luz intensa y bien afinada que la medición pide. Esa resolución extra les permitió trazar la estructura electrónica del cobalto con mucho más detalle que antes, y así una red que pasó inadvertida durante décadas salió por fin a la luz.

“Es exactamente el tipo de funcionalidad de prendido y apagado que se busca para aplicaciones prácticas”, dijo Jaime Sánchez-Barriga, que lideró el equipo internacional. Como los estados están atados al magnetismo del cobalto, invertir la dirección de un campo magnético sirve para gobernarlos, una palanca que los ingenieros quieren para la espintrónica, una electrónica que guarda 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 funcionando, y esa distancia es grande. Mapear 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 van a tener que reproducir el resultado y ver si el efecto se sostiene fuera de muestras muy preparadas. Los autores describen el cobalto como una plataforma ajustable para explorar, no como una tecnología terminada.

De todos modos, parte del atractivo es justamente que el cobalto sea tan común. 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 mapear cómo responden las líneas nodales al girar el campo magnético, el próximo paso para saber si la arquitectura oculta del cobalto puede ponerse a trabajar.

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