El efecto Hall cuántico, un efecto fundamental de la mecánica cuántica, produce no sólo un flujo eléctrico sino también magnético. Surge del movimiento de los electrones en una órbita alrededor del núcleo de un átomo. Así lo demuestran los cálculos de un equipo de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) publicados en la revista “Cartas de revisión física”. Estos resultados pueden utilizarse potencialmente para desarrollar nuevos tipos de dispositivos baratos y energéticamente eficientes.
La electricidad fluye a través de todo tipo de dispositivos electrónicos, ya sean teléfonos móviles u ordenadores. Sin embargo, produce calor, lo que significa que se desperdicia energía. Esto significa que los chips de ordenador convencionales no pueden fabricarse infinitamente más pequeños. En el campo de la espinorbitrónica, los investigadores buscan opciones para almacenar y procesar información sin pérdida de energía. La idea básica es utilizar no sólo la carga de un electrón, sino también su espín y su momento orbital durante el procesamiento de datos. El espín es el momento angular intrínseco de un electrón y el momento orbital surge del movimiento del electrón alrededor del núcleo atómico. “La combinación de ambos efectos nos permitirá diseñar nuevos dispositivos que sean más potentes y eficientes”, afirma la profesora de física Ingrid Mertig de la MLU.
La base de la nueva investigación es el efecto Hall cuántico. Klaus von Klitzing recibió el Premio Nobel de Física en 1985 por su descubrimiento. El efecto se observa cuando los electrones se someten a campos magnéticos muy fuertes a temperaturas extremadamente bajas. “El efecto cuántico es especial porque las corrientes eléctricas que se generan sólo fluyen en los bordes de una muestra. Además, la resistencia eléctrica correspondiente sólo puede tomar ciertos valores”, explica el Dr. Borg Goebel. Aunque los científicos conocen este efecto desde hace décadas, los cálculos del equipo proporcionaron una nueva idea: las corrientes marginales también tienen propiedades magnéticas debido al momento orbital del electrón. “En el futuro podrían utilizarse para transportar información adicional y controlar dispositivos eléctricos de forma más eficiente”, afirma Goebel. Sorprendentemente, el nuevo efecto se produce además del efecto Hall cuántico y no está limitado a materiales raros y costosos, como suele ocurrir en la espintrónica.
Goebel y Mertig ya continúan su investigación en el marco del proyecto de investigación internacional “Ingeniería orbital para electrónica innovadora” (Obelix), financiado por el programa “Pathfinder” del Consejo Europeo de Innovación. El objetivo es encontrar nuevas tecnologías comercializables. Para ello, Mertig y Göbel colaboran con institutos de investigación de Alemania, Francia y Suecia.
Mertig y Göbel también aportan su experiencia a la espinorbitrónica participando en el previsto “Centro de Electrónica Quiral”, para el cual MLU solicita financiación para la Estrategia de Excelencia de la Universidad Libre de Berlín y la Universidad de Ratisbona. También participa el Instituto Max Planck de Física de Microestructuras de Halle.