Un equipo internacional liderado por el Donostia International Physics Center (DIPC) ha logrado confirmar experimentalmente la existencia de una banda electrónica “obstruida” en una monocapa de diseleniuro de niobio (NbSe2), un material bidimensional conocido por sus fases electrónicas colectivas, tales como la superconductividad y la onda de densidad de carga (CDW, por sus siglas en inglés). El resultado, publicado en la revista Nature Physics, demuestra de forma cuantitativa un concepto hasta ahora teórico. 

“La presencia de bandas obstruidas o no-obstruidas sirve como característica clave en la clasificación topológica moderna de los sólidos. En particular, una banda obstruida es aquella cuya carga electrónica queda “anclada” por simetría en los huecos de la red cristalina, en lugar de sobre los propios átomos”, señala Miguel Moreno Ugeda, profesor Ikerbasque en el Donostia International Physics Center (DIPC). Aunque suene paradójico, “este ‘desplazamiento' no es un detalle geométrico, sino una firma robusta de cómo la simetría y la topología se imponen en la estructura electrónica de un cristal”, añade Ugeda. En materiales cristalinos, los átomos forman una red ordenada y los electrones no se mueven a cualquier energía, sino en bandas electrónicas que pueden imaginarse como carriles de circulación permitidos. En muchos casos, la carga asociada a los electrones queda concentrada en las posiciones de los propios átomos. Sin embargo, “en una banda ‘obstruida' ocurre algo contraintuitivo: la simetría del cristal obliga a que el ‘centro de gravedad' de esa distribución electrónica se desplace a un punto vacío de la red atómica”, explica Andrei Bernevig, profesor Ikerbasque en el DIPC.

Para demostrar este fenómeno, el equipo del DIPC combinó microscopía de efecto túnel (STM); una técnica que permite mapear la distribución electrónica con resolución atómica; con cálculos de primeros principios. De esa forma, desarrolló un método que permite extraer de las imágenes experimentales información cuantitativa sobre cómo se combinan los estados electrónicos. La metodología se aplicó en NbSe₂, confirmando que la banda estudiada, ligada a la superconductividad y CDW en el material, tiene su carga centrada en un sitio vacío de la red.

“Aunque el concepto de banda obstruida había ganado gran relevancia en la teoría moderna de la estructura electrónica y la topología de bandas, hasta ahora su observación directa en materiales reales no había sido posible”, señala Miguel Moreno Ugeda. Además, el hecho de que la banda estudiada esté directamente relacionada con la física que domina las propiedades cuánticas y la superconductividad en NbSe2, abre nuevas preguntas sobre cómo el fenómeno de la 'obstrucción' puede influir en estas fases electrónicas.

Ambos coinciden en que “más allá del resultado experimental, el estudio introduce una metodología novedosa y potencialmente generalizable”. El equipo combinado de experimentales y teóricos del DIPC ha desarrollado una estrategia que permite conectar de manera directa mapas electrónicos con resolución atómica, con descripciones teóricas detalladas de los estados electrónicos, abriendo la puerta a su aplicación para una amplia variedad de materiales cuánticos. 

El trabajo refleja la estrecha colaboración entre físicos teóricos y experimentales en el DIPC y la importancia de este enfoque. El intercambio constante entre ambas aproximaciones fue clave para diseñar el método, interpretar los datos y confirmar el fenómeno observado, permitiendo abordar el problema desde una perspectiva completa, en la que las predicciones teóricas y las mediciones experimentales se reforzaron mutuamente.

Referencia de la publicación
Dumitru Călugăru, Yi Jiang, Haojie Guo, Sandra Sajan, Yongsong Wang, Haoyu Hu, Jiabin Yu, B. Andrei Bernevig, Fernando de Juan y Miguel M. Ugeda.
Observation of an obstructed atomic band in a transition metal dichalcogenide
Nature Physics (2026)
DOI:  10.1038/s41567-026-03196-5