Cristales quirales permiten controlar el momento orbital del electrón y dan paso a una nueva era cuántica

El momento angular orbital (MOO) del electrón, una propiedad ignorada durante décadas por la física tradicional, emerge ahora como la clave para la próxima revolución tecnológica. El reciente hallazgo del Forschungszentrum Jülich y equipos internacionales demuestra que esta propiedad puede conservarse e incluso manipularse en materiales quirales, sentando las bases de la llamada “orbitrónica”.

En la electrónica clásica solo se consideraba relevante la carga del electrón. Con la espintrónica, el espín —una especie de giro cuántico— permitió el desarrollo de computadoras cuánticas y memorias más rápidas. Ahora, el momento angular orbital, que describe la distribución cuántica del electrón dentro de un átomo, se posiciona como un portador de información aún más robusto y versátil.

Durante mucho tiempo se pensó que el MOO quedaba “extinguido” en la mayoría de los cristales por efecto de simetrías internas, perdiendo su relevancia práctica. Sin embargo, el estudio, publicado en Advanced Materials, revela que en materiales quirales —cuyas estructuras no pueden superponerse con su imagen especular, igual que nuestras manos— el MOO no solo persiste, sino que puede controlarse y convertirse en un portador de información cuántica con enormes posibilidades tecnológicas.

El equipo liderado por el Dr. Christian Tusche utilizó luz polarizada circularmente y el sofisticado microscopio NanoESCA para analizar el siliciuro de cobalto (CoSi), un material prototipo de esta familia. Descubrieron que la lateralidad del cristal —si es “zurdo” o “diestro”— determina la orientación y textura del momento angular orbital, generando patrones complejos conocidos como arcos de Fermi helicoidales. Estos patrones pueden ser leídos, programados y empleados para la transmisión y el almacenamiento de datos.

La importancia del hallazgo trasciende la física teórica: la orbitrónica propone utilizar el MOO como variable fundamental para procesar, almacenar y transferir información. Esto supone una electrónica cuántica más eficiente, robusta frente a perturbaciones externas y con un consumo energético mínimo. Además, la manipulación del MOO mediante luz polarizada circularmente abre la puerta a interruptores ópticos ultrarrápidos, una alternativa real a los transistores tradicionales.

Desde la perspectiva de la ciencia de materiales, la quiralidad —tan común en la naturaleza, como en el ADN y los aminoácidos— se transforma en una llave para diseñar nuevos semimetales topológicos. Estos materiales presentan propiedades inéditas, imposibles de replicar en estructuras convencionales. El estudio muestra cómo la topología de bandas y la textura orbital pueden personalizarse para fines tecnológicos, desde sensores ultrasensibles hasta memorias cuánticas avanzadas.

El impulso institucional es fuerte: la Unión Europea, a través del proyecto OBELIX, financia activamente la investigación para trasladar estos conceptos a aplicaciones prácticas. El trabajo integra esfuerzos de física, química, materiales y computación cuántica, lo que augura desarrollos multidisciplinares y colaboraciones a gran escala.

Controlar el momento angular orbital redefine la visión del electrón, superando la dicotomía clásica entre carga y espín. La orbitrónica se perfila como la frontera inexplorada de la electrónica cuántica: una tecnología con capacidad de transformar el procesamiento de la información en el siglo XXI.

El futuro está en manos de los materiales quirales y el control del momento angular orbital. De esta forma, la orbitrónica aspira a convertirse en el pilar de dispositivos cuánticos avanzados, desde procesadores ultrarrápidos hasta nuevas formas de memoria y sensores para la próxima era tecnológica.

Referencias: Advanced Materials (2025)