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Los descubridores de los aislantes topológicos reciben el Premio Fronteras

La Fundación BBVA ha reconocido a los físicos Charles Kane y Eugene Mele con el Premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas por descubrir materiales aislantes y conductores al mismo tiempo. Los denominados aislantes topológicos son una nueva clase de materiales con propiedades electrónicas extraordinarias que permitirán abrir nuevas sendas científicas que van desde el desarrollo de dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes, hasta la creación de ordenadores cuánticos.

La investigación conjunta de Charles Kane y Eugene Mele, ambos profesores en la Universidad de Pensilvania, les llevó a predecir en 2005 la existencia de un nuevo material que rompía con las reglas de la física, que hasta entonces solo admitían dos tipos de materiales: conductores o aislantes. El origen de su hallazgo fue el descubrimiento un año antes de que el grafeno no era ni aislante ni conductor eléctrico. “Empezamos a analizar este fenómeno y esto nos llevó al concepto de esta nueva fase aislante de la materia”, explica Mele tras el anuncio del premio.

Los físicos confirmaron experimentalmente su predicción y propusieron cómo construir un material que era a la vez aislante y conductor, es decir, que fuera aislante topológico. En 2007 un laboratorio hizo posible una combinación de mercurio y telurio que cumplía con las propiedades descritas por Kane y Mele. Diez años más tarde, el descubrimiento de que existen en la naturaleza aislantes topológicos tridimensionales, como el telururo de cadmio, ha abierto la puerta a nuevas sendas de investigación.

Charles Kane y Eugene Mele, Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas

Charles Kane y Eugene Mele, Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas - Fundación BBVA

“Al principio pensábamos que los aislantes topológicos solo podían darse a escalas de energía demasiado pequeñas para ser útiles, pero después nos dimos cuenta de que también era posible en materiales tridimensionales y a escalas accesibles”, comenta Mele. “De hecho, nos dimos cuenta de que este fenómeno no es algo raro o excepcional en la naturaleza, sino que hasta entonces nadie se había hecho esta pregunta ni lo había buscado”.

El hallazgo de los aislantes topológicos supuso el descubrimiento de nuevas propiedades de la materia que siempre habían existido, pero que nadie hasta entonces se había planteado buscar. “Su sorprendente descubrimiento de los aislantes topológicos – según explica el acta del jurado de los premios – demuestra la existencia de nuevas fases de la materia y de formas de manipular sus propiedades. Es más, los principios básicos en que se sustentan los aislantes topológicos tienen implicaciones importantes más allá de la física de la materia condensada, por ejemplo en la generación de dispositivos fotónicos y electrónicos eficientes, o para el procesado de información cuántica”.

Lo que está por venir

Las últimas indagaciones en aislantes topológicos abren un universo de posibilidades difícilmente cuantificable. Uno de los campos de aplicación está relacionado con las mejoras en los dispositivos electrónicos actuales, que, por ejemplo, podrían ser miniaturizados aún más. En los aislantes topológicos, “el flujo de electrones en la superficie está más organizado que en un conductor convencional, y esto podría permitir un flujo más eficiente, sin sobrecalentamiento”, explica Kane.

 

XI Edición Premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas - Fundación BBVA

Otro ámbito que se beneficiará del desarrollo de sus propiedades será el campo de los ordenadores cuánticos, que multiplicarían la capacidad de computación de forma exponencial.

Sin embargo, las aplicaciones más prometedoras son las que aún no existen. “Los avances más importantes llegarán de cosas que ni nos hemos planteado. Hemos aportado una paleta de nuevos materiales, y cuando le das esto a personas inteligentes, hacen cosas inteligentes con ellas”, afirma Mele. Y puestos a soñar, “si pudiera viajar en una máquina del tiempo a dentro de 50 años, me encantaría saber qué tipo de dispositivos se han desarrollado gracias a esta investigación básica sobre la materia”, hipotiza el físico.

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