El orbitrónica es una rama emergente de la física que se centra en utilizar el momento angular orbital de los electrones para crear nuevas formas de procesar y almacenar información. A diferencia de la electrónica convencional, que depende de la carga de los electrones, o de la espintrónicaLa orbitrónica, que utiliza su espín, se centra en el comportamiento de los electrones en sus órbitas alrededor del núcleo, lo que promete mejorar significativamente la eficiencia energética y la velocidad de los dispositivos electrónicos. Orbitronics ha comenzado a posicionarse como una tecnología clave para el futuro.

Un artículo reciente publicado en Física de la naturalezatitulado «Monopolos de momento angular orbital controlable en semimetales topológicos quirales» y escrito por Yun Yen y colaboradores. Este trabajo destaca cómo Este campo avanza rápidamente gracias a la identificación de materiales cuánticos con estructuras capaces de albergar monopolos de momento angular orbital. Estos avances sugieren que la orbitrónica pronto podría Ofrecer una nueva forma de diseñar dispositivos más eficientes y rápidos.lo que podría ser un incentivo para superar muchas de las limitaciones actuales de la tecnología electrónica.

Principios de la orbitrónica.

La orbitrónica tiene en cuenta una propiedad que hasta ahora no se había utilizado en los electrones: momento angular orbital. Este es el resultado del movimiento del electrón alrededor del núcleo en su órbita. A diferencia del espín, que es intrínseco a la partícula, el momento angular orbital depende de la interacción del electrón con su entorno, particularmente con la estructura cristalina del material en el que se encuentra.

Este fenómeno permite el desarrollo de dispositivos donde se codifica información en los momentos orbitales de los electrones, lo que podría mejorar la capacidad de almacenamiento y procesamiento sin necesidad de consumir grandes cantidades de energía. Por ejemplo, en lugar de activar y desactivar estados de carga o espín, los sistemas orbitrones manipulan directamente el flujo orbital de electrones, que genera menos calor y requiere menos energía para funcionar.

El descubrimiento de los monopolos de momento angular orbital.

Uno de los avances más recientes y relevantes en orbitrónica es la observación de monopolos de momento angular orbital en materiales quiralescomo los semimetales topológicos de PtGa y PdGa. Estos monopolos son configuraciones en las que el momento angular orbital de los electrones se alinea isotrópicamente con el momento cristalino del material. De esta forma se genera una estructura que se puede controlar y manipular con suficiente precisión.

El equipo de Yun Yen ha utilizado una técnica avanzada de espectroscopia fotoelectrónica con luz polarizada para mapear estos monopolos directamente. Lo que hace que este descubrimiento sea particularmente emocionante es que Se ha demostrado que la polaridad de estos monopolos se puede controlar alterando la quiralidad de la materia.l, es decir, su estructura geométrica. Esta capacidad de modificar monopolos abre la puerta a aplicaciones personalizadas en tecnología orbitrón, donde se podrían diseñar dispositivos para responder con precisión a diferentes tipos de estímulos externos.

Además, estos materiales quirales tienen una ventaja significativa sobre los semiconductores tradicionales: No dependen de campos magnéticos externos para funcionar.. Una circunstancia que simplifica su integración en los sistemas electrónicos actuales y mejora su eficiencia energética.

Orbitrónica versus espintrónica y electrónica

La espintrónica ha sido prometedora durante mucho tiempo para superar las limitaciones de la electrónica convencional. Sin embargo, la espintrónica tiene varios inconvenientes, como disipación de energía y la necesidad de campos magnéticos complejos para controlar los espines. Por el contrario, la orbitrónica no depende de estas restricciones y puede operar de manera más eficienteutilizando momento angular orbital, que es menos susceptible a pérdidas de energía debido a la disipación térmica.

Otra diferencia crucial es que la orbitrónica permite un mayor grado de libertad. Mientras que la electrónica y la espintrónica tradicionales operan en una dimensión (carga o giro), Orbitronics puede gestionar múltiples grados de libertad. ¿Qué quiere decir esto? Pues bien, cada electrón puede transportar más información, mejorando significativamente la densidad de almacenamiento y la velocidad de procesamiento.

¿Dónde veremos la orbitrónica?

Las aplicaciones potenciales de la orbitrónica son numerosas y cubren áreas como computación cuánticadonde la necesidad de gestionar grandes cantidades de información de manera eficiente es primordial. Los dispositivos de memoria no volátil basados ​​en Orbitronics podrían ofrecer mayores capacidades de almacenamiento a menores costos de energía, algo que podría transformar la industria de los centros de datos, actualmente responsable de un importante consumo de energía a nivel mundial.

Otra aplicación clave es el desarrollo de sensores cuánticos ultraprecisosque podría detectar variaciones mínimas en los campos magnéticos o eléctricos. Estos sensores tendrían aplicaciones en áreas tan diversas como la medicina, la investigación científica y la tecnología militar.

Referencias