Descubrimiento de una nueva fase cuántica en pentatelururo de hafnio: implicaciones en espintrónica, computación cuántica y exploración espacial
Ilustración generada con Inteligencia Artificial (ChatGPT)
Investigadores de la Universidad de California en Irvine (UCI) han reportado el descubrimiento experimental de una fase cuántica exótica en un material recientemente sintetizado: el pentatelururo de hafnio (HfTe₅). Este avance, publicado en Physical Review Letters, representa una contribución significativa al campo de la física de la materia condensada, y establece las bases para futuras aplicaciones en tecnología cuántica, electrónica de espín y sistemas informáticos resistentes para entornos extremos, incluidos aquellos vinculados a la exploración espacial.
Contexto científico y descripción del fenómeno
El estudio se centra en un fenómeno cuántico emergente observado en el pentatelururo de hafnio, un material que exhibe propiedades electrónicas inusuales al ser expuesto a condiciones extremas. El equipo liderado por el profesor Luis A. Jauregui, del Departamento de Física y Astronomía de la UCI, detectó una transición abrupta en la conductividad eléctrica del material al someterlo a campos magnéticos ultraintensos (hasta 70 teslas), lo que indica la aparición de un nuevo estado cuántico de la materia.
En este estado, los electrones se combinan con huecos —las vacantes de carga positiva en la estructura electrónica— formando excitones. Lo distintivo del hallazgo es que dichos excitones presentan alineación paralela del espín, lo cual contradice el comportamiento típico donde se espera que estos pares se conformen con espines opuestos. Este fenómeno implica una reorganización cuántica fundamental que podría redefinir las categorías clásicas de fase electrónica.
Fundamentos físicos: excitones con espín alineado
En condiciones convencionales, la interacción entre electrones y huecos puede dar lugar a la formación de excitones, cuya dinámica es generalmente gobernada por la atracción de cargas opuestas y la conservación del espín. Sin embargo, el pentatelururo de hafnio, bajo campos magnéticos extremos, manifiesta una ruptura de simetría que permite la formación espontánea de estados ligados con espines paralelos.
Este comportamiento revela la existencia de una fase coherente cuánticamente que no había sido observada hasta ahora, y cuya descripción precisa requiere el uso de modelos teóricos avanzados, desarrollados en colaboración con el equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LANL).
Aplicaciones tecnológicas: espintrónica y eficiencia energética
El descubrimiento abre perspectivas significativas en el desarrollo de tecnologías basadas en el control del espín. En contraste con la electrónica convencional, donde la información se transmite mediante cargas eléctricas, la espintrónica emplea el espín como portador de información, lo cual:
Reduce la disipación de calor.
Minimiza el consumo energético.
Aumenta la velocidad y densidad de procesamiento.
La implementación de materiales con estas propiedades podría habilitar sistemas cuánticos más estables, componentes resistentes a la interferencia electromagnética y dispositivos más compactos y duraderos.
Relevancia para la exploración espacial
Una propiedad crítica del pentatelururo de hafnio es su resistencia intrínseca a la radiación, una cualidad de enorme valor para la ingeniería aeroespacial. La exposición constante a rayos cósmicos y partículas solares representa uno de los principales desafíos para la operatividad de sistemas electrónicos en el espacio profundo.
La utilización de este material permitiría:
La creación de ordenadores autónomos capaces de operar durante misiones interplanetarias prolongadas.
La construcción de infraestructura informática en estaciones lunares o marcianas, sin necesidad de blindaje excesivo.
La producción de sistemas autocargables y estables, que podrían integrarse en sondas, rovers y hábitats espaciales.
Estructura colaborativa y validación experimental
La síntesis del pentatelururo de hafnio fue realizada por el investigador posdoctoral Jinyu Liu en el laboratorio de Jauregui. El equipo experimental incluyó a los estudiantes de doctorado Robert Welser y Timothy McSorley, así como al científico Triet Ho.
Los modelos teóricos que explican el fenómeno fueron desarrollados por los físicos Shizeng Lin, Varsha Subramanyan y Avadh Saxena (LANL), mientras que las pruebas con campos magnéticos extremos fueron efectuadas por Laurel Winter, Michael T. Pettes (LANL) y David Graf, del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida.
Perspectivas y proyecciones
Aunque la traducción de estos resultados hacia aplicaciones comerciales aún enfrenta importantes desafíos técnicos, el descubrimiento constituye un hito fundamental en la física de materiales cuánticos. La posibilidad de controlar fases electrónicas mediante campos magnéticos y manipular excitones con alineación de espín abre un campo emergente con implicaciones profundas en el diseño de futuros sistemas informáticos.
La comunidad científica seguirá de cerca el desarrollo de esta línea de investigación, que no solo redefine las categorías de la materia, sino que propone nuevas arquitecturas para la computación en ambientes extremos, desde la órbita terrestre hasta el espacio interestelar.
Referencias ⬇️
Universidad de California, Irvine. (2025). UC Irvine scientists discover new state of quantum matter. https://news.uci.edu/2025/07/24/uc-irvine-scientists-discover-new-state-of-quantum-matter/
Physical Review Letters. (2025). [DOI del artículo original]
