Hay una nueva forma de lograr un estado de entrelazamiento cuántico macroscópico

Viliam Va?o, Peter Liljeroth y sus colegas han creado un nuevo material ultrafino de dos capas con propiedades cuánticas y sin tierras raras. Dichas propiedades normalmente requieren el uso de compuestos de tierras raras. (Ilustración: Heikka Valja)

El entrelazamiento cuántico es el asombroso estado de dos o más partículas que, sin importar lo separadas que estén entre sí, pueden estar estrechamente “entrelazadas” de una forma que desafía a las reglas de la física clásica.

El entrelazamiento cuántico permite que al medir ciertas propiedades de una de las partículas entrelazadas se obtenga información sobre la otra u otras.

Mediante la combinación de dos materiales bidimensionales, unos investigadores han conseguido generar un estado de entrelazamiento cuántico macroscópico que reproduce el logrado usando compuestos basados en el grupo de los elementos químicos conocidos como tierras raras. Los materiales bidimensionales son láminas cuyas únicas medidas que no resultan insignificantes son la longitud y la anchura, ya que de grosor miden solo un átomo o poco más.

El avance es obra de un equipo que incluye, entre otros, a Peter Liljeroth y Viliam Va?o, ambos de la Universidad Aalto en Finlandia.

El nuevo material consta de dos capas con la citada característica de ser ultradelgadas. Este material, que es relativamente fácil de fabricar y no contiene metales de tierras raras, podría proporcionar una nueva plataforma para la computación cuántica y ayudar al avance en la investigación sobre la superconductividad no convencional y la criticidad cuántica.

El descubrimiento surgió de los esfuerzos de Liljeroth y sus colegas por crear un líquido de espín cuántico que pudieran utilizar para investigar fenómenos cuánticos como los relacionados con las teorías de gauge. Esto implica fabricar una sola capa de disulfuro de tántalo atómicamente delgada, pero el proceso también crea islas que constan de dos capas.

Cuando el equipo examinó estas islas, descubrió que las interacciones entre las dos capas inducían un fenómeno conocido como efecto Kondo, que conducía a un estado de materia con entrelazamiento macroscópico que producía un sistema de fermiones pesados.

El efecto Kondo es una interacción entre impurezas magnéticas y electrones que hace que la resistencia eléctrica de un material cambie con la temperatura. Esto acarrea que los electrones se comporten como si tuvieran más masa, haciendo que el material alcance el estado que lo cataloga como sistema de fermiones pesados. Los materiales que contienen elementos de tierras raras pueden experimentar este fenómeno.

Aunque las dos capas del nuevo material son disulfuro de tántalo, hay diferencias sutiles pero importantes en sus propiedades. Una de las capas se comporta como un metal, conduciendo electrones, mientras que la otra experimenta un cambio estructural que hace que los electrones se localicen en una red regular.

Liljeroth y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature, bajo el título “Artificial heavy fermions in a van der Waals heterostructure”.