Un experimento llevado al límite ha puesto a prueba una de las fronteras más desafiantes de la física de materiales: cómo hacer que la electricidad circule sin desperdiciar energía
Fuente: ChatGPT
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico, muyinteresante.okdiario.com/16.02.2026
La electricidad que circula por los dispositivos electrónicos siempre pierde parte de su energía en forma de calor. Esa disipación es una limitación fundamental: obliga a enfriar los equipos, reduce su eficiencia y marca un techo al rendimiento de muchas tecnologías. Ahora, un equipo de investigadores ha logrado demostrar un estado de la materia en el que la corriente eléctrica puede fluir sin esa pérdida energética, un hito que hasta ahora solo se había observado en contextos distintos, como la superconductividad.
El trabajo, publicado en Nature Physics, describe la primera observación de un aislante de Chern fraccional sin disipación, un material cuántico en el que la corriente circula por los bordes sin generar calor. El estudio no solo confirma una predicción teórica formulada hace más de una década, sino que abre una vía sólida hacia nuevas plataformas para tecnologías cuánticas más eficientes y estables.
Del efecto Hall clásico a los estados cuánticos fraccionarios
Cuando una corriente eléctrica atraviesa un material y se aplica un campo magnético perpendicular, aparece una diferencia de voltaje lateral. Es el llamado efecto Hall, conocido desde el siglo XIX. En sistemas bidimensionales y a temperaturas extremadamente bajas, este fenómeno adopta una forma sorprendente: el efecto Hall cuántico, en el que la conductividad no cambia de manera continua, sino en escalones discretos perfectamente definidos.
En condiciones aún más extremas surge el efecto Hall cuántico fraccionario. En este régimen, los electrones dejan de comportarse como partículas independientes y pasan a actuar colectivamente. Esa cooperación da lugar a valores que parecen corresponder a fracciones de la carga del electrón. No significa que el electrón se divida físicamente, sino que el sistema completo se organiza de tal forma que sus excitaciones se comportan como si tuvieran carga fraccionaria.
Estos estados han fascinado a la física durante décadas porque combinan propiedades topológicas —ligadas a la geometría profunda del sistema— con comportamientos colectivos difíciles de alterar. Esa robustez es especialmente atractiva para aplicaciones donde la estabilidad frente a perturbaciones externas es crucial.
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La posibilidad de un efecto fraccionario sin campo magnético
El efecto Hall cuántico tradicional requiere campos magnéticos intensos para formarse. Sin embargo, la teoría predijo que ciertos materiales podrían imitar ese comportamiento sin necesidad de un campo externo. Así nació el concepto de aislante de Chern fraccional, un sistema capaz de mostrar una señal Hall cuantizada fraccionaria incluso en ausencia de campo magnético aplicado.
En 2023 se logró observar por primera vez el llamado efecto Hall anómalo cuántico fraccionario, confirmando que esta fase era posible en laboratorio. Para ello se emplearon dispositivos formados por dos capas de un material bidimensional colocadas con un ángulo de giro cuidadosamente ajustado. Ese pequeño desajuste angular modifica profundamente la estructura electrónica, creando condiciones propicias para que los electrones interactúen de manera colectiva.
Aun así, el resultado no era perfecto. Aunque la resistencia Hall mostraba los valores esperados, la resistencia longitudinal, que idealmente debería desaparecer, seguía siendo apreciable. Esa resistencia residual implicaba que parte de la energía eléctrica se estaba perdiendo como calor, lo que impedía hablar de un estado verdaderamente sin disipación.
Cómo se eliminó la pérdida de energía
El nuevo estudio abordó directamente ese problema. Los investigadores mejoraron primero la calidad de los cristales empleados en el dispositivo mediante un método de crecimiento que incrementó de forma drástica la movilidad de los portadores de carga. Una mayor movilidad significa que los electrones pueden desplazarse con menos obstáculos internos, reduciendo la dispersión que genera calor.
En segundo lugar, optimizaron el proceso de fabricación para minimizar el desorden en el ángulo de giro entre las capas. En estos sistemas, variaciones minúsculas en el alineamiento pueden alterar de forma significativa el comportamiento electrónico. Al reducir esas imperfecciones, el material se acercó mucho más al ideal teórico.
El resultado fue claro: al ajustar el sistema a un estado correspondiente a dos tercios de llenado de la banda electrónica, la resistencia longitudinal prácticamente desapareció. La corriente comenzó a fluir por los bordes del material sin pérdidas medibles de energía en forma de calor. Se trataba, por primera vez, de un aislante de Chern fraccional verdaderamente sin disipación.
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Un comportamiento inesperado en la brecha energética
La mejora en la calidad de las muestras permitió observar con mayor precisión otro parámetro crucial: la brecha de activación térmica, es decir, la energía necesaria para excitar electrones desde el estado fundamental del volumen del material hacia estados excitados. Si esta brecha es demasiado pequeña, las excitaciones térmicas pueden competir con los estados de borde y degradar el rendimiento.
De forma inesperada, el equipo encontró que esta brecha disminuye rápidamente al aumentar el campo magnético y luego se estabiliza por encima de cierto valor. Este comportamiento contrasta con el de los estados Hall cuánticos fraccionarios convencionales, donde el campo magnético no solo es necesario para formar el estado, sino que además tiende a reforzar la brecha energética.
La explicación propuesta apunta a una competencia entre distintos tipos de excitaciones de baja energía, asociadas al espín y a la carga de los electrones. Cada tipo requiere energías diferentes para activarse, y su interacción específica en este sistema produciría la tendencia observada. Este hallazgo sugiere que los aislantes de Chern fraccionales poseen una física interna más rica de lo que se pensaba.
Un nuevo camino para la electrónica cuántica
La demostración de un flujo eléctrico sin disipación en un sistema fraccional y sin campo magnético externo representa un paso decisivo hacia dispositivos más eficientes. Al no generar calor, estos estados podrían facilitar el desarrollo de circuitos cuánticos más estables, con menor necesidad de refrigeración y mayor coherencia.
Además, el progreso logrado mediante la mejora sistemática de la calidad de los materiales recuerda una lección histórica de la física del efecto Hall: cada avance técnico en la fabricación de muestras ha desbloqueado nuevos fenómenos. En este nuevo escenario, la combinación de interacciones electrónicas fuertes y topología cuánticaofrece un terreno fértil para descubrimientos adicionales.
El trabajo no marca un punto final, sino el inicio de una etapa en la que la optimización de estos sistemas podría revelar estados aún más exóticos. La posibilidad de controlar corrientes sin pérdida energética en materiales diseñados abre una perspectiva concreta para la próxima generación de tecnologías basadas en principios cuánticos.
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Referencias
Heonjoon Park et al. Observation of dissipationless fractional Chern insulator. Nature Physics. 2026. https://www.nature.com/articles/s41567-025-03167-2.
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