Schematic illustration of spin geometric phases in quantum rings*

La prestigiosa revista Nature Communications ha publicado en su edición del 26 de  septiembre un artículo donde se demuestra por primera vez la manipulación controlada e independiente de fases geométricas en electrónica cuántica de  espines, con posibles aplicaciones en el desarrollo de nanocircuitos para el procesamiento de información. El trabajo es fruto de una colaboración entre el profesor  Diego Frustaglia, del Departamento de Física Aplicada II de la Universidad de  Sevilla, e investigadores de las universidades de Tohoku (Japón) y Regensburg (Alemania).

El espín electrónico (momento magnético intrínseco de una partícula) responde a la  presencia de campos magnéticos según la configuración dinámica (magnitud  de los campos) y geométrica (dirección de los campos). En su evolución temporal, el  espín adquiere una fase cuántica correspondiente en cada caso, dando lugar a  fenómenos de interferencia que resultan fundamentales para el desarrollo de nuevas  tecnologías cuánticas de la información (por ejemplo, bits cuánticos itinerantes).

“Normalmente, las fases dinámicas y geométricas están acopladas, esto es, no  puede modificarse una sin la otra”, explica Frustaglia quien añade que en este trabajo los expertos han demostrado, la “sorprendente” posibilidad de controlar las fases geométricas independientemente de las fases dinámicas gracias a una ingeniosa disposición de  campos múltiples. “Es como si en vez de cambiar la trayectoria de las partículas  mediante la aplicación de una fuerza, modificáramos directamente las propiedades  geométricas del espacio en que se mueven”, ha añadido este investigador de la Universidad de Sevilla.

Esto resulta de interés tanto desde el  punto de vista básico como aplicado, ya que las propiedades geométricas son más estables que las dinámicas.

La colaboración constó de tres partes: trabajo experimental (realizado por el grupo  japonés), desarrollo teórico (realizado en Sevilla) y simulaciones numéricas por  ordenador (realizadas en Alemania). “En 2010, el profesor Nitta (responsable del grupo  japonés) compartió conmigo unos resultados experimentales preliminares en busca  de una interpretación. Durante los meses siguientes desarrollé una teoría que  explicaba los experimentos y hacía nuevas predicciones, frente a lo cual se llevó a  cabo una nueva serie de experimentos cuyos resultados respondían perfectamente a  la teoría. A la vez, contactamos con el profesor Richter (responsable del grupo alemán) para que realizara unas simulaciones numéricas independientes. El resultado fue excelente.

Estos resultados representan un gran avance en el desarrollo de la ingeniería  cuántica de nanosistemas. Sus autores, con más de una década de experiencia en el tema, reciben con esta publicación un amplio reconocimiento de la comunidad  científica internacional.

Artículo científico: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms3526

* Pueden ver la explicación de la ilustración en el artículo científico.