Como si de una carretera de doble sentido se tratase, los electrones sobre una determinada superficie de Bismuto circulan por caminos de anchura atómica donde el sentido de circulación viene impuesto por el espín del electrón. Este sorprendente comportamiento ha sido observado en el Laboratorio de Nuevas Microscopías de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en el marco de una colaboración europea con diversos grupos de física teórica y experimental.
Buena parte de los recursos que hoy en día se destinan a la investigación se invierten en el desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento de datos así como a la optimización de su velocidad de lectura y procesamiento. Esto repercute, por tanto, en una mejora continua de las capacidades de ordenadores y aparatos electrónicos de uso diario. Fruto de este esfuerzo, una de las nuevas tecnologías emergentes a destacar es la espintrónica. Ésta, como campo multidisciplinar, tiene por objetivo la manipulación y control del espín del electrón como portador de la información. La ventaja de aprovechar el espín del electrón, que es una propiedad intrínseca del mismo, se refleja en el aumento de la información transmitida ya que, a diferencia de su carga electrónica, el espín puede tomar dos valores, up y down.
Actualmente, los retos principales de la espintrónica se centran en la generación y transporte macroscópico de corrientes de electrones polarizadas en espín (es decir, con un mismo valor up o down) de baja resistencia y sin pérdida de información. En este sentido, el reciente descubrimiento del Efecto Hall Cuántico de Espín (QHS) ha despertado un gran interés en el campo de la espintrónica dado que, a priori, este efecto permitiría la manipulación de corrientes de espín no disipativas sin la necesidad de aplicar campos magnéticos.
El efecto QHS fue predicho teóricamente en 2003 por el grupo del Prof. S.C. Zhang en la Universidad de Standford (EEUU). De acuerdo con dichas predicciones, ciertos aislantes eléctricos podrían exhibir corrientes de espín describiendo trayectorias opuestas. Además, estas corrientes se caracterizan por ser persistentes (o protegidas) frente a deformaciones o modificaciones químicas del material debido a consideraciones mecano-cuánticas. Los materiales en los que se verifica el efecto QHS se denominan aislantes topológicos.
Recientemente, un trabajo fruto de una colaboración internacional con la participación de Miguel Moreno Ugeda del Laboratorio de Nuevas Microscopías de la UAM ha realizado una importante aportación en referencia a los aislantes topológicos. El trabajo, publicado en Physical Review Letters (Physical Review Letters (2009). 102(9), id. 09680), revela la existencia de estados electrónicos topológicamente protegidos en una dimensión sobre una superficie de bismuto. La superficie, observada a escala atómica mediante microscopía de efecto túnel, muestra la formación de cadenas atómicas paralelas sobre la superficie (ver figura). El movimiento de los electrones a lo largo de estas cadenas unidimensionales resulta estar ligado al espín de cada electrón; sorprendentemente los electrones de espín opuesto se mueven en sentido contrario a lo largo de las filas. Gracias a estos resultados, los autores de esta investigación han podido identificar esta superficie como una aproximación a la versión unidimensional del efecto QHS.
En la actualidad, el Laboratorio de Nuevas Microscopías de la UAM continúa trabajando en aspectos relacionados con la ayuda del primer microscopio de efecto túnel de baja temperatura (LT-STM) en ulta-alto-vacío de diseño y construcción propia en España.
