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 espÃn del electrón. Este sorprendente comportamiento ha sido observado en el Laboratorio de Nuevas MicroscopÃas de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en el marco de una colaboración europea con diversos grupos de fÃsica teórica y experimental.
Buena parte de los recursos que hoy en dÃa se destinan a la investigación se invierten en el desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento de datos asà 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 tecnologÃas emergentes a destacar es la espintrónica. Ésta, como campo multidisciplinar, tiene por objetivo la manipulación y control del espÃn del electrón como portador de la información. La ventaja de aprovechar el espÃn del electrón, que es una propiedad intrÃnseca del mismo, se refleja en el aumento de la información transmitida ya que, a diferencia de su carga electrónica, el espÃn 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 espÃn (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 EspÃn (QHS) ha despertado un gran interés en el campo de la espintrónica dado que, a priori, este efecto permitirÃa la manipulación de corrientes de espÃn 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 podrÃan exhibir corrientes de espÃn describiendo trayectorias opuestas. Además, estas corrientes se caracterizan por ser persistentes (o protegidas) frente a deformaciones o modificaciones quÃmicas 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 MicroscopÃas 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 microscopÃa 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 espÃn de cada electrón; sorprendentemente los electrones de espÃn 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 MicroscopÃas 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-vacÃo de diseño y construcción propia en España.