Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros servicios y facilitarle el uso de la web mediante el análisis de sus preferencias de navegación. También compartimos la información sobre el tráfico por nuestra web a los medios sociales y de publicidad con los que colaboramos. Si continúa navegando, consideramos que acepta nuestra Política de cookies .

Actualidad científica

Síguenos
  • Google+
  • RSS
  • Investigación y Ciencia
  • Enero 2018Nº 496
Panorama

Materiales

La química y la física, felizmente unidas

Un gran avance en la teoría cuántica de los sólidos permite identificar los materiales topológicos conocidos e incluso predecir la existencia de otros nuevos.

Menear

Numerosas tecnologías relacionadas con la informática, la comunicación o con sensores de todo tipo requieren conocer cómo se mueven los electrones a través de un material. Todos los campos de la ciencia, muchos sectores de la economía e incluso ciertas tareas gubernamentales dependen cada día de ellas. Pero, a pesar de que llevamos más de ochenta años investigando la teoría cuántica de los electrones en los sólidos, nuestro conocimiento sigue lleno de lagunas. En un estudio que fue portada en julio del año pasado en Nature y que constituye todo un salto conceptual, una colaboración internacional en la que han participado Luis Elcoro, Mois I. Aroyo y Maia García Vergniory, de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), presenta una nueva teoría que combina aspectos de la química y la física de los materiales. Su trabajo no solo mejora nuestra comprensión de los sólidos conocidos, sino que puede emplearse para identificar nuevos materiales con propiedades electrónicas aún por descubrir.

Las teorías físicas modernas se basan en leyes de conservación, las cuales imponen fuertes restricciones sobre la estructura matemática de cualquier modelo. Dos de las más célebres son la ley de conservación de la energía y la de conservación del momento. Sin embargo, un aspecto tal vez menos conocido sea el origen de dichas leyes: la simetría. La conservación del momento, por ejemplo, es consecuencia directa de la simetría frente a traslaciones; es decir, del hecho de que la física de un sistema permanezca invariante cuando nos desplazamos a lo largo de una dirección determinada.

En un cristal, en el que los átomos se disponen en una red regular y periódica, el aspecto del sistema continúa inalterado solo cuando la magnitud del desplazamiento coincide con un múltiplo entero del espaciado de la red. Como resultado de esta simetría de traslación «imperfecta», tiene lugar una conservación del momento también imperfecta. La componente conservada se conoce como cuasimomento, o momento cristalino, y constituye la cantidad natural para caracterizar el estado cuántico de un electrón.

 

Física y estructura de bandas

La relación entre la energía de un electrón y su cuasimomento se conoce como estructura de bandas electrónicas. Desde los años cuarenta del pasado siglo se han desarrollado potentes herramientas teóricas para calcular la estructura de bandas de un material. Esta información puede emplearse para determinar si nos encontramos ante un metal o un aislante, cómo funcionará el material en un transistor (los diminutos componentes que sirven de base a la electrónica moderna) o cómo responderá ante la luz (una propiedad clave en las aplicaciones ópticas, como las células solares).

Puede conseguir el artículo en:

Artículos relacionados

BOLETÍN ACTUALIDAD¿Quieres estar al día de la actualidad científica? Recibe el nuevo boletín de actualidad con nuestros mejores contenidos semanales gratuitos (noticias y posts). Si lo deseas también puedes personalizar tu suscripción. BOLETÍN ACTUALIDAD¿Quieres estar al día de la actualidad científica? ¡Recibe el nuevo boletín de contenidos gratuitos! Ver más boletines.