La electricidad tal como la conocemos depende del flujo de electrones. Pero en ciertos materiales, este flujo deja de comportarse como un río constante y adopta patrones que desafían la intuición. Físicos de la Universidad Estatal de Florida han observado un estado cuántico inédito: un híbrido en el que algunos electrones se congelan en una estructura fija mientras otros se mueven libremente. Este fenómeno, comparado con una máquina de pinball, podría redefinir el rumbo de la computación cuántica y la electrónica avanzada.Cuando los electrones se ordenan en patrones geométricos estáticos, forman lo que se conoce como cristales de Wigner, una fase sólida que impide el flujo de corriente. Este comportamiento, aunque parezca un contratiempo para la conducción eléctrica, ha resultado clave para entender las interacciones entre partículas cuánticas. La transición entre este estado ordenado y el movimiento líquido convencional ha sido durante décadas objeto de especulación teórica.El descubrimiento del cristal de Wigner generalizadoEl equipo de investigación, formado por los físicos Aman Kumar, Hitesh Changlani y Cyprian Lewandowski, ha logrado identificar los «botones cuánticos» que permiten alternar entre diferentes fases de los electrones. Gracias a simulaciones avanzadas, descubrieron un tipo de cristal de Wigner mucho más versátil que el tradicional. Esta versión «generalizada» permite que los electrones se acomoden en patrones distintos al clásico entramado triangular. En este nuevo escenario, emergen formas como franjas o estructuras similares a un panal.Este hallazgo fue posible gracias a complejas simulaciones cuánticas, ejecutadas con herramientas como la diagonalización exacta, redes tensoriales y algoritmos de Monte Carlo. Estas técnicas, implementadas en el Centro de Cómputo de FSU y con recursos del programa ACCESS de la National Science Foundation, permitieron estudiar el comportamiento colectivo de cientos de electrones bajo condiciones precisas.Datos cuánticos en escala masivaCada electrón contiene dos informaciones fundamentales en el contexto cuántico. Cuando se intenta analizar simultáneamente cientos o miles de ellos, el volumen de datos se dispara de forma exponencial. Para afrontar este reto, los investigadores recurrieron a algoritmos capaces de comprimir y representar la información en redes manejables, sin perder el detalle necesario para extraer conclusiones fidedignas.Estas simulaciones permiten no solo anticipar resultados experimentales, sino también entender por qué ciertos estados son energéticamente favorecidos sobre otros. Como explica Kumar, las técnicas empleadas ofrecen una «fotografía» precisa de la energía total de estos sistemas, algo fundamental para comprender cómo emergen estos estados cristalinos y cuáles son sus propiedades diferenciales.El extraño fenómeno del estado pinballDurante el estudio del cristal generalizado, el equipo tropezó con un comportamiento inesperado. En ciertas condiciones, los electrones no se limitaban a permanecer estáticos ni a moverse todos al unísono. Algunos quedaban atrapados en el entramado del cristal, mientras otros circulaban libremente, como si fueran pelotas de pinball rebotando entre obstáculos.Este estado pinball representa una fase cuántica mixta, donde coexisten propiedades de aislamiento y conducción. Se trata de un descubrimiento sin precedentes para la densidad electrónica estudiada. Es como si en una pista de baile, algunos electrónicos decidieran quedarse quietos mientras otros bailan sin cesar, pero todos siguen formando parte del mismo sistema.Según Lewandowski, este hallazgo abre una vía nueva para explorar materiales con comportamientos híbridos, lo que podría ser especialmente últil en dispositivos que requieran alternancia rápida entre estados de aislamiento y conducción.Aplicaciones en tecnologías cuánticas emergentesSaber qué determina que un material conduzca, aísle o incluso exhiba propiedades magnéticas es una de las grandes preguntas de la física de materiales. El estudio aporta nuevas herramientas conceptuales para abordar esta cuestión desde una perspectiva cuántica. Al igual que se puede hervir agua subiendo la temperatura, los científicos buscan entender qué «perillas cuánticas» permiten transformar un material sólido en líquido o en otra fase intermedia.Estas «perillas» no son otra cosa que parámetros ajustables dentro de la escala energética del sistema, como la densidad de electrones, la disposición de los átomos o la interacción entre partículas. Jugar con estas variables podría ser clave para construir futuros ordenadores cuánticos, mejorar la eficiencia de dispositivos electrónicos, o desarrollar tecnologías de spintrónica, un campo que explora el uso del espín del electrón para almacenar y procesar información con un consumo energético mucho menor.El estudio, publicado en la revista npj Quantum Materials, marca un paso adelante en la comprensión de las fases de la materia cuántica y ofrece una base para futuras investigaciones experimentales y teóricas.El potencial del control cuántico en materiales 2DLa investigación se centró en materiales bidimensionales con estructuras de moiré, donde los átomos se disponen en patrones repetitivos que pueden generar interferencias geométricas, similares a lo que ocurre al superponer dos mallas. Estos sistemas ofrecen un laboratorio perfecto para estudiar interacciones cuánticas de forma controlada.El potencial de manipular el comportamiento de los electrones con tal precisión abre caminos hacia materiales cuyas propiedades puedan adaptarse según la necesidad del dispositivo. Desde superconductores que funcionen a temperatura ambiente hasta relojes atómicos de ultra alta precisión, los resultados podrían tener impacto en múltiples áreas.La noticia Electrones en estado cuántico: un nuevo hallazgo que podría cambiar la electrónica del futuro fue publicada originalmente en Wwwhatsnew.com por Natalia Polo.