Un nuevo estado cuántico de la materia podría revolucionar la exploración espacial
Un equipo de físicos ha observado por primera vez una fase exótica de la materia predicha solo en teoría. El hallazgo abre la puerta a tecnologías cuánticas resistentes a la radiación, clave para futuras misiones a Marte.
Por Enrique Coperías
Representación conceptual del nuevo estado cuántico de la materia descubierto en UC Irvine, donde electrones y agujeros se emparejan en una fase exótica que podría dar lugar a tecnologías resistentes a la radiación para la exploración espacial.
Un equipo de físicos de la Universidad de California en Irvine ha descubierto un nuevo estado cuántico de la materia que podría marcar un hito en el desarrollo de tecnologías resistentes a las condiciones extremas del espacio.
El hallazgo, publicado en la revista Physical Review Letters, describe una fase inédita de la materia que podría allanar el camino hacia ordenadores autoalimentados y dispositivos cuánticos capaces de soportar las altas dosis de radiación espacial propias de misiones espaciales de larga duración, como un viaje tripulado a Marte.
«Es una nueva fase, como el agua que puede ser hielo, líquido o vapor —explica Luis A. Jáuregui, profesor de Física y Astronomía y autor principal del estudio, en un comunicado de la UC Irvine —. Se había predicho teóricamente, pero nadie la había observado hasta ahora».
¿Qué es el nuevo estado cuántico descubierto?
La fase detectada es el resultado de un comportamiento singular de los electrones y sus agujeros —el término que designa la ausencia de electrones en un material y que actúa como su homólogo positivo—. Ambos se emparejan de forma espontánea para formar un estado exótico llamado exitón.
Lo sorprendente del asunto es que, a diferencia de otros fenómenos similares, los electrones y los agujeros giran sincronizados en la misma dirección.
«Es algo completamente nuevo —sostiene Jáuregui—. Si pudiéramos sostenerlo con las manos, emitiría una luz intensa de alta frecuencia».
Un material cuántico diseñado para resistir el espacio
El descubrimiento fue posible gracias a un material cuántico desarrollado específicamente en los laboratorios de la UC Irvine. Nos referimos al pentatelururo de hafnio, sintetizado por la investigadora Jinyu Liu, autora principal del artículo. cuánticas inusuales.
El pentatelururo de hafnio (HfTe₅) es un material compuesto por hafnio y teluro con propiedades cuánticas inusuales. Tiene una estructura en capas débilmente unidas entre sí, lo que permite exfoliarlo en láminas delgadas, similares al grafeno, y puede comportarse como un aislante topológico tridimensional o un semimetal, lo que le confiere propiedades físicas como la conducción superficial y la magnetorresistencia extrema. Su estabilidad frente a la radiación y su respuesta a campos magnéticos lo hacen ideal para aplicaciones en tecnología cuántica y exploración espacial.
Para sacar a la luz el nuevo estado de la materia, el equipo de la UC Irvine sometió al HfTe₅ a campos magnéticos de intensidad extrema —de hasta 70 teslas— en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México. A modo de comparación, el imán de nuestras neveras suele tener una intensidad de unos 0,1 teslas.
Un estado inmune a la radiación
A medida que el campo magnético aumentaba, los investigadores observaron que la capacidad del material para conducir electricidad caía bruscamente. «Eso indica que el material ha cambiado de fase, transformándose en este estado exótico», señala Jáuregui.
Según este físico, dicho comportamiento podría permitir que la información cuántica se transporte mediante el giro del electrón, o sea, su espín, en lugar de su carga eléctrica, lo que abriría la puerta a una nueva generación de dispositivos más eficientes, como la espintrónica —un campo de la física y la ingeniería que busca desarrollar dispositivos electrónicos precisamente aprovechando el espín del electrón, además de su carga eléctrica— y ciertas arquitecturas cuánticas.
Una de las propiedades más prometedoras de esta nueva fase es su inmunidad a la radiación. Mientras que los componentes electrónicos convencionales sufren graves deterioros bajo exposición prolongada al entorno espacial, esta materia cuántica mantiene su integridad.
Ilustración de una nave espacial tripulada rumbo a Marte, equipada con ordenadores cuánticos basados en un nuevo estado de la materia descubierto por UC Irvine, capaz de resistir la radiación extrema del espacio profundo. Imagen generada con DALL-E
Aplicaciones: ordenadores cuánticos para misiones espaciales
«Podría ser muy útil para misiones espaciales— apunta Jáuregui. «Si queremos ordenadores que funcionen en el espacio, esta es una posible vía para lograrlo».
Empresas como SpaceX ya contemplan el envío de misiones tripuladas a Marte, un desafío tecnológico que requiere sistemas informáticos resistentes. Este descubrimiento, según sus autores, podría sentar las bases para dotar a estas misiones de dispositivos duraderos y fiables.
Además de Liu y Jáuregui, el estudio contó con la participación de estudiantes de grado y posgrado de UC Irvine, así como del equipo teórico del Laboratorio Nacional de Los Álamos y del Laboratorio Nacional de Campo Magnético en Florida, donde se realizaron los experimentos de alta intensidad.
Para Jáuregui, el hallazgo no es un punto final, sino el inicio de nuevas preguntas: «aún no sabemos qué posibilidades se abrirán a partir de esto».▪️
Información facilitada por la UC Irvine
Fuente: Jinyu Liu, Varsha Subramanyan, Robert Welser, Timothy McSorley, Triet Ho, David Graf, Michael T. Pettes, Avadh Saxena, Laurel E. Winter et al. Possible Spin-Triplet Excitonic Insulator in the Ultraquantum Limit of HfTe5. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/bj2n-4k2w
