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La revista Nature Physics publica un trabajo de un investigador de la Universidad de Zaragoza sobre materiales topológicos

El físico teórico Manuel Asorey analiza la estructura cuántica de este nuevo tipo de materiales con múltiples aplicaciones a la computación cuántica y la espintrónica

El estudio muestra cómo la Matemática más pura, como la Topología, ayuda a comprender la naturaleza íntima de la materia y permite inesperadas aplicaciones de la Física Cuántica a la tecnología de vanguardia

(Zaragoza, viernes, 1 de julio de 2016). En el último número de la prestigiosa revista Nature Physics, el investigador Manuel Asorey del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Zaragoza analiza la estructura cuántica de un nuevo tipo de materiales conocidos como materiales topológicos. Sus especiales propiedades conductoras auguran múltiples aplicaciones a la tecnología de vanguardia, especialmente a la computación cuántica y la espintrónica.
 
El estudio pone de relieve que una vez más resulta muy sorprendente como la Matemática más pura, como la Topología, resulta fundamental, no solo para comprender la naturaleza íntima de la materia, sino también para encontrar inesperadas aplicaciones de la Física Cuántica a la tecnología del futuro.
 
Los materiales topológicos han sido descubiertos recientemente y entre ellos se encuentran los aislantes topológicos, los superconductores topológicos, los semimetales topológicos y otros muchos materiales cuya característica fundamental es la presencia de una protección de tipo topológico para sus propiedades conductoras. El campo está en plena efervescencia y de ahí el interés de la revista Nature Physics que ha dedicado un número monográfico al tema. Precisamente, el artículo de Manuel Asorey, escrito por invitación del editor, es el que abre dicha publicación.
 
La revolución de los materiales topológicos comienza en el año 2005 con el diseño y descubrimiento de los aislantes topológicos, pero en los dos últimos años  el campo ha experimentado un auge espectacular. Este auge se explica por sus múltiples aplicaciones a la computación cuántica y la espintrónica, que es un nuevo tipo de electrónica en la que las corrientes transportan el espin del electrón en vez de su carga. La ventaja de la estructura  topológica de  los nuevos materiales estriba en la estabilidad que la topología proporciona  a sus propiedades  aislantes o conductoras frente a perturbaciones o deformaciones del material.
 
La topología era una rama de la Matemáticas que era infravalorada en Física hasta el descubrimiento de los aislantes topológicos. En topología todos objetos que pueden obtenerse por deformaciones de uno dado son indistinguibles. Por ejemplo, desde un punto de vista topológico una rosquilla y una tuerca son indistinguibles, pero ambos son distinguibles de una bola de billar. La rosquilla y la tuerca tienen un agujero del que carece la bola. Esta independencia frente a los pequeños detalles es lo que hace muy robustas las propiedades aislantes y conductoras al contar con protección especial de tipo topológico, y es precisamente este tipo de robustez lo que hace interesantes para computación cuántica y espintrónica.
 
El artículo de Manuel Asorey se pone de manifiesto que la topología que  gobierna estos efectos no es la topología espacial, sino la topología que se encuentra oculta en las ondas cuánticas de los electrones de dichos materiales. Gracias a esas características de la topología cuántica los aislantes topológicos, que son materiales aislantes en el interior, son en cambio muy buenos conductores en el borde. Además, las corrientes de borde al contar con una protección topológica especial son muy estables frente a perturbaciones o impurezas del material.
 
El descubrimiento de aislantes topológicos ha abierto la caja de Pandora  de los materiales topológicos y ha supuesto el inicio una carrera en la búsqueda de nuevos materiales con características similares. En los dos últimos años esta frenética búsqueda ha dado lugar a la aparición de otros materiales como son los superconductores topológicos, los fluidos topológicos o los semimetales topológicos.  Y aunque la búsqueda continua, en breve comenzaremos a ver aplicaciones de estos nuevos tipos de materiales topológicos.
 
Referencia del articulo:
http://www.nature.com/nphys/journal/v12/n7/full/nphys3800.html

La portada de la revista se puede ver en
http://www.nature.com/nphys/journal/v12/n7/index.html#cs
(La impresa aun no esta acesible)

 
Se adjunta el artículo en la revista Nature Physics y una imagen del físico teórico de la Universidad de Zaragoza, Manuel Asorey.