Q96 - Tecnología y equipamento para la industria química

42 INVESTIGACIÓN los autores principales del estudio, escribió un código informático para generar un amplio conjunto de recur- sos disponibles públicamente en el Bilbao Crystallographic Server, lo que permite a personal investigador de todo el mundo acceder a los datos resultantes del equipo. Elcoro comenta: “Las comunidades científicas de cristalografía y estruc- tura magnética han estado esperando una guía accesible y completa de las coreps magnéticas desde antes de que yo naciera. Ahora se puede caracterizar de forma robusta todas las posibles transiciones de fase mag- nética en estudios experimentales de materiales magnéticos —que suelen realizarse mediante experimentos de difracción de neutrones— sin tener que recurrir a métodos incompletos de teoría la de representaciones.” APLICACIONES CUÁNTICAS Consciente de la conexiónmatemática entre las coreps y la estructura electró- nica de los materiales de estado sólido, el equipo realizó posteriormente cál- culos adicionales para relacionar los datos de simetría magnética resul- tantes con aislantes y semimetales de banda topológica (estados elec- trónicos exóticos con descripciones matemáticas increíblemente intrinca- das). Estos estados son prometedores para aplicaciones cuánticas como, por ejemplo, plataformas para la inge- niería de la información cuántica y dispositivos espintrónicos cuánticos. BenjaminWieder, investigador postdoc- toral en el MIT y de la Northeastern University y otro de los autores princi- pales del trabajo, estudió a fondo las herramientas de simetría de Elcoro para deducir la clasificación exhaustiva de los aislantes topológicos magnéti- cos, utilizando una mezcla de teoría matemática y cálculos manuales de fuerza bruta. “Durante las vacaciones de 2019, enviaba cada día por correo electrónico a Elcoro mi intento de clasificación de un par de grupos espaciales magnéti- cos”, recuerda Wieder. “Pasé la mayor parte de esas vacaciones garabateando borradores de la clasificación entre las comidas y el postre, para desconcierto de mis amigos y familiares”. QUÍMICA CUÁNTICA TOPOLÓGICA MAGNÉTICA En colaboración con Barry Bradlyn, profesor de física de la UIUC, el trabajo de Elcoro y Wieder se combinó enton- ces en una nueva teoría, que acuñaron como Química Cuántica Topológica Magnética (MTQC por sus siglas en inglés). La MTQC es capaz de carac- terizar todas las bandas electrónicas topológicas posibles en función de su química en el espacio de posiciones y orden magnético. La MTQC toma las posiciones y tipos de átomos en el cris- tal, así como la orientación magnética, y da como resultado el conjunto de características topológicas permitidas. Las bases de la MTQC fueron sentadas hace cuatro años por miembros de este mismo grupo de colaboración en un trascendental artículo titulado Topological Quantum Chemistry. Bradlyn, que fue el autor principal del artículo original sobre Química Cuántica Topológica, señala que “la MTQC responde a algunas de las mayores cuestiones pendientes plan- teadas por nuestro trabajo anterior. Si quisiéramos considerar el mag- netismo en un material topológico, antes habríamos tenido que empezar de cero cada vez. Aplicando las mis- mas herramientas en el espacio de posiciones que desarrollamos para la Química Cuántica Topológica, ahora tenemos una comprensión unificada de los aislantes topológicos en mate- riales magnéticos y no magnéticos.” SIMULACIÓN DE MATERIALES POR MÉTODOS NUMÉRICOS A partir de los cálculos de Elcoro y Wieder, el equipo recurrió a Zhida Song y Yuanfeng Xu para conectar la MTQC con diagnósticos numéricos eficaces de simetría y topología de materiales magnéticos reales. Song, investigador postdoctoral de la Universidad de Princeton, es conocido por su trabajo anterior sobre métodos numéricos para la identificación de aislantes topológicos en el cálculo de materiales. Para este estudio, Song rea- lizó cálculos teóricos para relacionar la clasificación de Wieder con los trabajos anteriores de Song sobre materiales no magnéticos. Song resume el resultado de los múl- tiples esfuerzos del equipo: “Cuando el polvo se asentó, nos encontramos ante REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA Luis Elcoro, Benjamin J. Wieder, Zhida Song, Yuanfeng Xu, Barry Bradlyn, B. Andrei Bernevig Magnetic topolo- gical quantum chemistry Nature Communications 12, 5965 (2021) DOI: 10.1038/ s41467-021-26241-8 Un equipo de investigación internacional ha anunciado que por fin ha completado la caracterización matemática de los grupos de simetría de cristales magnéticos y no magnéticos de Shubnikov C M Y CM MY CY CMY K