En algunos cristales los electrones no están repartidos uniformemente, sino que se alinean formando un estricto tablero de ajedrez: en una casilla hay más electrones y en la vecina, menos. Ese patrón se denomina orden de carga y durante mucho tiempo se consideró algo estático, como el dibujo del hielo en un cristal. Pero recientemente se descubrió que ese patrón puede invertirse, igual que el orden magnético se invierte con un pulso de corriente. Lo que no estaba claro era cómo un campo eléctrico logra que el tablero de ajedrez electrónico cambie el color de todas sus casillas a la vez.
Para entenderlo, los físicos redujeron el problema complejo a un modelo sencillo. Cada nodo de la red cristalina puede estar vacío u ocupado por dos electrones a la vez. Estos dos estados se representaron como una flecha hacia arriba o hacia abajo, y se denominaron pseudoespín. En esta notación, el orden de carga se asemeja a un antiferromagneto: las flechas en nodos vecinos apuntan en direcciones opuestas. Y si las flechas comienzan a oscilar, su movimiento colectivo se describe con las mismas ecuaciones que el balanceo de las flechas magnéticas en un antiferromagneto.
Entonces entra en juego el campo eléctrico. Actúa sobre los pseudoespines como un campo escalonado que empuja las flechas de una subred hacia un lado y las de la otra hacia el lado opuesto. Mientras el campo es débil, las flechas solo se inclinan ligeramente y vuelven a su posición. Pero si el campo supera un umbral, la oscilación colectiva pierde estabilidad: uno de los modos comienza a crecer por sí solo y todo el patrón se voltea. Los cálculos para parámetros típicos dan un campo umbral de alrededor de un millón de voltios por centímetro, y la frecuencia de oscilación es de unos tres coma cinco terahercios, es decir, billones de oscilaciones por segundo.
La simulación numérica confirma el panorama. Cuando el campo está ligeramente por encima del umbral, la componente longitudinal del pseudoespín oscila y finalmente pasa de un valor positivo a uno negativo, es decir, el orden de carga cambia de polaridad. La componente transversal primero crece debido a la inestabilidad y luego se amortigua. Si se añade un pequeño campo uniforme, por ejemplo por una desviación del llenado medio, la trayectoria adquiere un temblor adicional, parecido a la nutación de una peonza.
Así, el orden de carga deja de ser una imagen estática y se convierte en un sistema dinámico controlable. Antes no existía una teoría microscópica que relacionara el campo eléctrico con la conmutación del patrón de carga, a diferencia del orden magnético, donde esa teoría está desarrollada desde hace tiempo. Ahora esa conexión está establecida: el orden de carga puede describirse como un antiferromagneto de pseudoespines, y el campo eléctrico como una manivela que voltea todo el tablero de ajedrez. Esto abre el camino a dispositivos donde la información se almacene y procese mediante la conmutación del orden de carga, igual que hoy se hace con los bits magnéticos.
La frecuencia de las excitaciones colectivas de pseudospín del orden de carga se encuentra en el rango de los terahercios, es decir, del orden de un billón de oscilaciones por segundo. Esto es un millón de veces más rápido que la frecuencia de fotogramas típica en el cine.