Vivimos en el siglo de la electrónica, pero… y si el futuro no pasa por ahí. Nuestros teléfonos, ordenadores, videoconsolas, incluso los pequeños procesadores que hay ahora en cada electrodoméstico inteligente, todos ellos son producto de la electrónica. Para funcionar se apoyan en unas pequeñas partículas llamadas electrones, las mismas que rodean al núcleo de nuestros átomos formando una nube con carga eléctrica. Y esa es la clave, porque los electrones tienen una carga eléctrica negativa, de hecho, son las partículas que recorren los circuitos y cables.

Pues bien, la electrónica aprovecha la carga eléctrica de estas partículas para codificar información. Podríamos decir que, mientras que la escritura a mano guarda información aprovechando las propiedades de la tinta, la electrónica lo hace con estas cualidades eléctricas de los electrones. Pero… ¿y si pudiéramos revolucionar lo que ya ha sido una revolución tecnológica? ¿Y si pudiéramos dar otro salto como el que dimos de la tinta a la carga eléctrica de los electrones? Toda nuestra tecnología se apoyaría en otros fundamentos, tal vez más eficientes, rápidos, compactos e incluso menos contaminantes. Y esa es la dirección en la que acaban de avanzar un grupo de instituciones con la orbitrónica.

El esquivo electrón

La orbitrónica no es otra cosa que la idea de codificar la información, en lugar de en tinta o mediante la carga eléctrica de los electrones, mediante su momento angular orbital de esos mismos electrones. No hay por qué engañarse, el momento angular orbital no es un concepto sencillo, pero podemos simplificarlo mucho y plantear que vendría a ser algo así como una propiedad física relacionada con el movimiento de esos electrones al girar alrededor del núcleo de sus átomos (velocidad, dirección, posición…).

La cuestión es que este momento angular puede cambiar, ante lo cual, nosotros le damos diferentes “nombres”, concretamente números enteros positivos: el 1, el 2, el 3… y así, sucesivamente. Estas serían las “letras” de nuestra nueva forma de almacenar información.

Erizos y órbitas

Ahora que nos hacemos una idea de lo que es la orbitrónica, podemos dar otro paso. Y es que el descubrimiento que nos ha traído aquí ha sido publicado en Nature Physics y demuestra la existencia de un objeto físico que los científicos llevaban tiempo persiguiendo. Porque, si bien la orbitrónica no es nada nuevo y durante los últimos años ha habido avances utilizando metales convencionales como el titanio, ninguno parecía tener las propiedades ideales para desarrollar un tipo de tecnología realmente eficiente basada en la orbitrónica.

Los objetos descubiertos son los monopolos de momento angular orbital. El concepto se complica, pero, si el momento angular orbital describe cómo "gira" un electrón alrededor de un núcleo, los monopolos de momento angular orbital son una configuración donde las líneas que “forman” este momento angular orbital no se enredan ni vuelven sobre sí mismas, sino que radian desde la partícula o bien hacia afuera o hacia dentro de ella, pero con la dirección que tendrían las púas de un erizo.

Las ventajas

Estos monopolos no tienen que ver con los famosos monopolos magnéticos, pero también han sido esquivos, una brecha entre la teoría y el experimento ha dificultado a los investigadores la interpretación de los datos. De hecho, según Michael Schüler, líder de grupo en el Centro de Computación Científica, Teoría y Datos en PSI, y profesor asistente de física en la Universidad de Friburgo, quien co-lideró el estudio reciente “Es posible que los investigadores ya tuvieran los datos, pero la evidencia de los monopolos de OAM estaba oculta en ellos”, dice Schüler.

En cualquier caso, podemos imaginar estas púas de erizo como un lienzo en blanco, una cabellera sin remolinos que podemos peinar a nuestro antojo y crear en ella patrones con mayor libertad que en otras cabezas más alborotadas. Esa es la ventana de estos monopolos para el diseño de dispositivos que almacenen información mediante la orbitrónica. En concreto, en esta investigación los expertos han utilizado unos materiales conocidos como semimetales topológicos quirales (concretamente unos hechos de paladio con galio y platino con galio).

Su ventaja es que estos materiales poseen una estructura en forma de escalera de caracol que los hace más versátiles para almacenar información. De hecho, poseen de forma natural esos patrones de monopolos de momento angular orbital, por lo que no hace falta generarlos mediante estímulos externos.

Al no requerir estímulos adicionales, estos materiales podrían convertirse en la base de dispositivos de memoria y computación mucho más eficientes, reduciendo notablemente el consumo energético. Y, aunque pueda parecer baladí, el consumo energético de todos los dispositivos electrónicos que nos rodean no es nada desdeñable. En un mundo donde cada kilovatio pesa y donde todavía dependemos de energías contaminantes que contribuyen a recrudecer el efecto invernadero, la orbitrónica podría convertirse en otro parche necesario para salir adelante como civilización.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Del mismo modo que la electrónica no ha acabado con el papel y la tinta, sino que conviven, cada uno aportando sus propias ventajas, la orbitrónica no está aquí para hacer obsoleta a la electrónica. De hecho, se plantea la construcción de dispositivos que aprovechen tanto la electróncia como la orbitrónica como otras “ónicas” en una suerte de sinergia.

REFERENCIAS (MLA):

• "Controllable Orbital Angular Momentum Monopoles in Chiral Topological Semimetals." Nature Physics, vol. 20, no. 9, 2024, doi:10.1038/s41567-024-02655-1.