Investigadores hallan compuesto que podría revolucionar la computación

Potasio (K), vanadio (V) y antimonio (Sb); tres elementos de la tabla periódica que, en sus cantidades precisas y unificados, se convierten en un material que puede transformar la computación de la cuarta revolución industrial. En un estudio recientemente publicado en la revista Science Advances, un equipo de científicos de Estados Unidos, República Checa, Inglaterra, Alemania y Colombia estudiaron el KV3Sb5, un compuesto que presenta unas características muy particulares y especialmente importante para el desarrollo de nuevas tecnologías: permite el transporte electrónico con muy alta eficiencia y a velocidades que se acercan a la de la luz.

Rafael González, profesor del departamento de Física y Geociencias, quien realizó una estancia académica en la Universidad de Mainz (Alemania), hizo parte de la investigación de este compuesto descubierto originalmente por Tyrel McQueen de la universidad Johns Hopkins. El KV3Sb5 presenta varias características que lo hacen único. 

Una de estas es su magnetismo frustrado, es decir que los pequeños imanes dentro del material se organizan de una forma triangular. Los materiales metálicos que exhiben el magnetismo frustrado son escasos y cuando se encuentran usualmente no conducen electricidad. Sin embargo, cuando se presentan excepciones a esta regla, el transporte de los electrones es notoriamente acelerado. 

Otra propiedad que tiene el compuesto en mención es que se comporta según la física de Dirac, es decir que sus electrones se mueven como partículas relativistas con velocidades muy altas y que permiten el transporte electrónico con gran eficiencia y con alta velocidad. Un ejemplo de un material con esta característica es el grafeno, un hallazgo que le significó a Andre K. Geim y Konstantin Novoselov, investigadores de la Universidad de Manchester, el premio Nobel de Física en 2010. 

Otra de las características que hace al KV3Sb5 especial es que su composición —una estructura atómica laminar— hace que sea relativamente fácil trabajar con este compuesto y, al mismo tiempo, explorar todas sus propiedades físicas y químicas. 

La combinación de todas estas propiedades mencionadas en el KV3Sb5 hacen que presente un efecto Hall anómalo muy elevado. El efecto Hall ocurre cuando los electrones de un material se deflectan 90 grados al aplicar un campo eléctrico. Aspectos como la respuesta y velocidad de los electrones ante el estímulo eléctrico en dicho material permite entender si es viable utilizarlo como un conductor de electricidad eficiente. En particular, este efecto permite reconocer la generación de corrientes perpendiculares que no disipan energía.

Por ejemplo, nuestros celulares y computadores portátiles. Estas son máquinas que procesan información utilizando energía eléctrica, que se disipa en forma de calor y hace que se descargue la pila. En este escenario, los materiales como el KV3Sb5 permitirán que estos dispositivos sean más eficientes, pues se generaría menos calor al ser expuestos a corrientes eléctricas, llevándolos a un menor consumo de energía y un tiempo de respuesta más corto.

Rafael González, profesor del departamento de Física y Geociencias, participó en la investigación.

González explicó que para el caso del KV3Sb5, la deflección electrónica tan elevada es algo que nunca se había detectado previamente y lo cual puede llegar a ser de gran importancia en la siguiente generación de tecnologías computacionales para la cuarta revolución industrial. Este hallazgo le abre las fronteras a campos como la espintrónica, una tecnología emergente basada en la manipulación de la dirección de la corriente eléctrica de los electrones y de sus propiedades magnéticas como el espín. 

Actualmente, el grupo de Física Aplicada de la Universidad del Norte continúa trabajando en colaboración con el grupo Spice de la Universidad de Johannes Gutenberg en Mainz y la Academia de Ciencias de la República Checa en la simulación computacional de materiales con efecto Hall elevado.

Por Leonardo Carvajalino