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16 OCTUBRE 2020
Investigación

Investigadores de la UC participan en el descubrimiento de la mejora de propiedades eléctricas en materiales topológicos con aplicación tecnológica

Publicada en la revista ‘Nature Materials’, esta contribución muestra una transición topológica que podría ser aplicada para reducir el coste energético asociado al uso de ordenadores

El Grupo de Física Teórica de la Materia Condensada de la Universidad de Cantabria ha participado en el descubrimiento de determinadas propiedades eléctricas en los materiales que podrían permitir mejoras tecnológicas en los sistemas informáticos que utilizamos hoy en día. El artículo que describe la contribución cuenta con las firmas de los investigadores de la UC Javier Junquera, coordinador del grupo, Pablo García y Fernando Gómez, y ha sido publicado recientemente en la revista científica de alto impacto "Nature Materials".

Se trata de una aplicación del campo de la topología, rama de las matemáticas que estudia las deformaciones continuas de un objeto y que "en los últimos años ha cobrado mucha fuerza en física de materiales, tanto para la caracterización de estructuras como en otros campos como las transiciones de fase", explica Gómez. En colaboración con grupos y laboratorios americanos, los científicos han definido nuevas maneras de "manipular" materiales.

"Lo que hemos descubierto es que con la aplicación de campos eléctricos podemos modificar fases que son topológicamente no triviales –su forma se asemejaría a un dónut- y llevarlos a una forma semejante a una esfera". En lenguaje técnico se refieren a los skyrmiones eléctricos, partículas hipotéticas que pueden deformarse y cuya modificación conlleva un cambio en las propiedades físicas de los materiales. "El descubrimiento tiene gran importancia dado que la transformación va asociada a una importante alteración de la permitividad eléctrica del sistema, propiedad que describe, parcialmente, cómo le afecta al material un campo eléctrico y que podría utilizarse para bajar dramáticamente el coste energético asociado al funcionamiento de los ordenadores", explica Pablo García.

Implicaciones tecnológicas

Los ordenadores funcionan usando lenguaje binario, es decir, usan información escrita con unos y ceros. "Cuando vemos un vídeo, abrimos el correo o tecleamos un informe, nuestro dispositivo está, en su interior, continuamente transformando unos en ceros y ceros en unos en unos diminutos aparatos llamados transistores; si sumamos el gasto de energía en cada operación de este tipo en todo el mundo, hablamos de cantidades enormes". Logrando que el voltaje necesario para realizar estas operaciones sea el menor posible, las implicaciones tecnológicas son muchas: "estos materiales pueden llegar a revolucionar las aplicaciones electrónicas que requieren altas frecuencias, como todo lo relacionado con ordenadores y teléfonos inteligentes, incrementando la potencia de nuestros aparatos electrónicos".

"Hemos podido seguir cómo es esa transformación desde el punto de vista microscópico –los investigadores americanos, aplicando novedosas técnicas experimentales, casi a nivel atómico- y con técnicas computacionales desarrolladas en la UC hacemos predicciones que representan la realidad que están viendo nuestros colegas", indica el científico. 


El equipo de investigación de este trabajo incluye a investigadores experimentales de un buen número de universidades de Estados Unidos encabezadas por la Universidad de California en Berkeley, además de Cornell y Pensilvania, junto a científicos teóricos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Luxemburgo y de la Universidad de Cantabria.

Referencia del "paper": "Local negative permittivity and topological phase transition in polar skyrmions", Nature Materials

DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-020-00818-y

PIES DE FOTO: Representación gráfica de la fase skyrmionica descrita en el artículo. Cada uno de los vórtices en color es un skyrmion / De izquierda a derecha, Pablo García, Fernando Gómez y Javier Junquera.



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