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En una cacerola con agua flotan esferas microscópicas: partículas coloidales. Cada esfera está cubierta de largos hilos poliméricos, semejantes a un cepillo, y lleva una carga eléctrica. Si se ajustan bien la temperatura y la composición de la disolución, las esferas comienzan a ordenarse por sí solas en patrones regulares: cristales.

Un panal de abejas hecho no de cera, sino de átomos, es el grafeno: un cristal plano de un solo átomo de espesor. Sus electrones se asemejan a corredores en un cruce: a veces aceleran, a veces frenan, pero nunca se quedan atascados en el borde. Los físicos llaman a esa lámina 'topológicamente trivial', es decir, con bordes completamente ordinarios, sin propiedades especiales.

El silicio es el material del que están hechos los procesadores de todos los teléfonos y portátiles. Ahora se ha logrado atrapar un electrón individual y controlar su espín —ese diminuto imán que puede apuntar "hacia arriba" o "hacia abajo".

Un suelo de mosaico formado por muchas baldosas pequeñas, giradas en direcciones distintas. Parecería que cualquier patrón que intente atravesar ese suelo debería desordenarse y desaparecer. Así se piensa normalmente del desorden en los cristales: si los átomos no están alineados en una red perfecta, los efectos cuánticos sutiles deberían destruirse.

Dos puntos cuánticos son como dos diminutos bolsillos en un trozo de silicio, donde un electrón puede sentarse como una canica en un hoyo. Cuando los bolsillos están lejos uno del otro, cada electrón vive por su cuenta y su energía se asemeja a los niveles de un átomo aislado.

Imagina que cuentas granos de arena que caen en un reloj de arena, pero cada vez el viento añade o se lleva algunos granos. En las cámaras más sensibles ocurre algo parecido: hay que averiguar cuántos “granos” (electrones) ha añadido el propio sensor y cuántos provienen de la luz. Ese ruido propio del sensor se denomina ruido de lectura, y dificulta ver señales débiles, como la luz de una estrella lejana.

En un cristal de silicio, un átomo de fósforo mantiene un electrón extra en dos órbitas muy próximas. Estas órbitas se asemejan a dos pisos contiguos de un edificio, con una escalera casi imperceptible. Un breve pulso láser en el infrarrojo medio empuja al electrón desde el piso inferior al superior, y este comienza a balancearse entre ambos, como un péndulo.

Los electrones en un conductor normalmente se comportan como un gas: se mueven caóticamente, chocan entre sí y no mantienen ningún orden. Pero si se los separa lo suficiente y se enfrían mucho, la repulsión mutua puede hacer que se coloquen en sus puestos, como los asistentes a un teatro lleno que se sientan dejando un asiento vacío entre ellos.

La carga electrónica es como una planta rodante que cambia de campamento según la energía. En el cristal de diseleniuro de wolframio (WSe₂) esto se ve con total claridad: a un voltaje de −1.4 V, cercano al punto K de la zona de Brillouin, los máximos de corriente túnel aparecen en los centros de los hexágonos, donde no hay átomos.