Desde la perspectiva de un físico:
Aisladores topológicos:
Como señaló Joerg, los aislantes topológicos son una clase de materiales recientemente descubiertos que son aislantes en su interior pero tienen estados de superficie conductores. Se predice que estos estados de superficie tienen la propiedad especial de que el giro de los portadores eléctricos está correlacionado con el impulso de los portadores. Esta condición, que el giro y el impulso tienen que estar en ángulo recto entre sí, reduce drásticamente los mecanismos disponibles para dispersar portadores y disipar energía. Esto sugiere que la realización de aisladores topológicos podría conducir a dispositivos electrónicos de baja potencia que utilicen estos estados de superficie conductores. Los aislantes topológicos representan uno de los temas de investigación más candentes en física y ciencia de los materiales en este momento, sin embargo, también es justo moderar las esperanzas de estos materiales con la realidad de que aún no sabemos hasta qué punto las teorías generales de los aislantes topológicos pueden ser realizado en sistemas de materiales reales como Bi2Se3.
http://en.wikipedia.org/wiki/Top…
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Multiferroicos:
Los multiferroicos son una clase de materiales largamente estudiados, sin embargo, ha habido un nuevo interés en ellos para posibles aplicaciones de almacenamiento de información. En resumen, los multiferroicos son materiales que exhiben múltiples tipos de orden de largo alcance, típicamente ferromagnetismo y ferroelectricidad. En muchos compuestos, como BiFeO3, existe un acoplamiento entre los órdenes magnéticos y eléctricos de manera que las propiedades magnéticas se pueden manipular con campos eléctricos. Del mismo modo, los investigadores también buscan dispositivos basados en el acoplamiento entre materiales ferroeléctricos en las proximidades de materiales ferromagnéticos. Lograr el control del campo eléctrico del ferromagnetismo es prometedor nuevamente para la electrónica de baja potencia. La información magnética se usa ampliamente para el almacenamiento de información (discos duros), aunque escribir información magnética a menudo implica un consumo de energía apreciable para generar campos magnéticos. Si la información magnética se pudiera escribir con campos eléctricos, esto podría facilitar la electrónica de baja potencia.
Debo señalar que las ideas generales de controlar el magnetismo con campos eléctricos y utilizar estados de espín para dispositivos electrónicos de baja potencia tienen actividades centrales durante los últimos 20 años en el campo de la espintrónica:
Atomos ultrafríos en redes ópticas:
Este es un poco abstracto, pero los investigadores en física atómica han progresado constantemente en la fabricación de materiales de “diseño” utilizando átomos muy fríos atrapados por rayos láser. Al interferir contra los rayos láser de propagación contraria, los investigadores pueden crear un potencial periódico que puede atrapar átomos en los mínimos del potencial. La disposición periódica de los átomos que resulta es análoga a los sólidos cristalinos que se encuentran en la vida cotidiana. La ventaja de este enfoque es que hacer redes ópticas permite una libertad sustancial en la preparación de las propiedades de la red y también permite controlar las interacciones entre los átomos. La esperanza es que este control permita a los investigadores simular materiales nuevos y comprender mejor los fenómenos de estado sólido como el magnetismo o la superconductividad. Dos ejemplos concretos de esto incluyen propuestas para realizar ‘fases de cristal líquido cuántico’ de materia con átomos ultrafríos en una cavidad óptica,
http://physics.aps.org/viewpoint…
y también experimentos que han demostrado interacciones espín-órbita, importantes en semiconductores III-V como GaAs y también aislantes topológicos, utilizando átomos ultrafríos bajo la influencia de rayos láser:
http://www.nature.com/nature/jou…
¡Es una locura pensar que podríamos aprender algo nuevo sobre materiales tecnológicamente relevantes (como GaAs o Bi2Se3) simulando estos materiales con átomos ultrafríos!
Materiales para el cálculo cuántico:
Computación cuántica es otro foco central de investigación en física moderna. Creo que un aspecto de esta investigación que a menudo se pasa por alto es la medida en que la ciencia de los materiales juega un papel, particularmente en las implementaciones en estado sólido de la computación cuántica. La construcción de una computadora cuántica requiere ser capaz de diseñar interacciones entre un conjunto específico de átomos o electrones al mismo tiempo que suprime las interacciones entre esos átomos o electrones y todo su entorno (que puede contener desde miles de millones hasta el número de partículas de Avogadro). Es un problema increíblemente difícil, y uno en el que la ciencia de los materiales juega un papel central. Como ejemplo, los investigadores en Alemania han demostrado recientemente que las escalas de tiempo sobre las cuales los espines electrónicos atrapados en un cristal de diamante pueden permanecer en estados cuánticos cuidadosamente preparados aumentan en un orden de magnitud cuando la red de diamantes está diseñada para contener 100% 12C en lugar de su 99% natural 12C + 1% 13C:
http://www.nature.com/nmat/journ…
Tener estados cuánticos más longevos mejora las perspectivas de lograr cualquier tipo de cálculo cuántico.
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