Hasta los iones tienen algo de memoria

Los iones que fluyen en el interior de una batería de estado sólido tienen una especie de memoria de dónde estaban que les permite volver al punto de partida. Es una memoria difusa que solo dura pocos nanosegundos, pero suficiente para afectar a su movimiento.

Un equipo de investigadores ha descubierto que el flujo aparentemente suave de iones a través del electrolito de una batería es mucho más complicado de lo que parece a nivel atómico.

Los iones son átomos o grupos de átomos que tienen una carga eléctrica. Pueden encontrarse en ambientes sólidos, líquidos o gaseosos, aunque son más comunes en líquidos.

Lo que ha apreciado esta investigación es que, cuando están dentro de la estructura cristalina del electrolito de una batería, los iones saltan de forma errática de un espacio abierto a otro.

También observaron que, cuando reciben un impulso de voltaje por un pulso de luz láser, la mayoría de ellos retroceden brevemente a sus posiciones anteriores antes de reanudar sus viajes más aleatorios.

Memoria difusa

Esto significa que los iones tienen una especie de memoria de dónde estaban antes de ser empujados. Es una memoria muy débil y corta (dura solo unos pocos nanosegundos), que estos investigadores han llamado “difusa”, aunque suficiente para afectar a su movimiento.

Es la primera vez que se observa que los iones recuerdan, en cierto sentido, por dónde han pasado, algo que no puede pasar desapercibido porque se desconocen los requisitos mínimos para que cualquier tipo de memoria se manifieste en la naturaleza.

Hay que tener en cuenta al respecto que algunas teorías sugieren que las partículas subatómicas podrían tener también algún tipo de memoria cuántica, que les permitiría conservar información sobre su estado anterior después de interactuar con otras partículas o campos.

¿Fotones y neutrinos con memoria?

Por ejemplo, se ha propuesto que los fotones, las partículas que transportan la luz, y que no tienen masa ni carga eléctrica, podrían tener memoria de polarización, que es la orientación de su campo eléctrico.

También se ha especulado con que los neutrinos, las partículas que apenas interactúan con la materia, podrían tener memoria de sabor, que es la propiedad que determina su masa y su probabilidad de cambiar de tipo.

Que los iones tengan una especie de memoria no hace sino aumentar las sospechas de que esta posibilidad exista también a nivel cuántico.

Aplicaciones

Al margen de estas especulaciones, el descubrimiento de la memoria de los iones podría ayudar a predecir y controlar mejor el comportamiento de los materiales para baterías de estado sólido, más seguras y eficientes que las de líquido. Estas baterías son necesarias para almacenar y regular la energía variable que producen las fuentes renovables como el viento y el sol, así como para almacenar información para una mejor autogestión de la propia batería.

En este experimento, los investigadores han descubierto también que los iones se mueven más rápido de lo esperado, y que su velocidad depende de la dirección en la que viajaban.

Estos descubrimientos a escala atómica ayudarán a cerrar la brecha entre los movimientos atómicos que se pueden modelar en un ordenador y el desempeño macroscópico de un material, concluyen los investigadores.

Referencia

The persistence of memory in ionic conduction probed by nonlinear optics. Andrey D. Poletayev et al. Nature, volume 625, pages691–696 (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06827-6