Ciencia

Físicos prueban una forma de materia teorizada en los 60: el excitonio

Hallazgo permitiría el desarrollo de nuevas tecnologías a través de propiedades mecánico-cuánticas.

excitonio

Representación artística que muestra a las excitaciones como muros de dominio de propagación (amarillo) en un fondo de excitón sólido ordenado (azul).

Foto:

Universidad de Illnois

13 de diciembre 2017 , 09:26 p.m.

Físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (Estados Unidos) lograron probar la existencia de una nueva forma de materia enigmática, teorizada por primera vez hace casi 50 años: el excitonio.

El equipo estudió los cristales no dopados (sin impurezas de otros materiales) del diseleniuro de dicalcogenuro de titanio, un nuevo material analizado en varias ocasiones, y reprodujeron sus resultados sorprendentes cinco veces en diferentes cristales escindidos.

El excitonio es un condensado de excitones, es decir, partículas que se forman en un emparejamiento mecánico-cuántico muy extraño, a saber, el de un electrón escapado y el agujero que dejó atrás y que interactúan de forma colectiva y coherente. Estas manifestaciones son de carácter mecánico-cuántico y permiten pensar en las aplicaciones hacia nuevas tecnologías, como la superconductividad y la superfluidez.

“Como es conocido, en sólidos, aislantes o semiconductores hay la presencia de una brecha de energía. Para la formación de excitones es necesario que electrones que se encuentran en la banda de conducción (energía superior) se acoplen con vacancias de la banda de valencia (energía inferior), formando así la cuasipartícula conocida como excitón. En esta situación, el electrón y la vacancia se comportan como un solo ente”, explica el profesor Herbert Vinck, del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Colombia.

Vinck agrega que durante muchos años se persiguió experimentalmente encontrar evidencias concluyentes de condenados excitónicos; sin embargo, las técnicas experimentales no tenían la suficiente fineza para poder determinar si de manera controlada se podría producir el condensado de excitonio. “Lo que reporta la Universidad de Illinois es que pudieron detectar de manera concluyente los efectos de dicho condensado”.

El profesor de física Peter Abbamonte y su equipo pudieron superar ese desafío utilizando una nueva técnica que desarrollaron, llamada espectroscopía de pérdida de energía de electrones con resolución de impulso (M-EELS). Según, Vinck, dicha técnica les permitió a los científicos determinar con exactitud si el comportamiento observado era el de un condensado excitónico.

Con su nueva técnica, el grupo pudo, por primera vez, medir las excitaciones colectivas de los excitones de baja energía, los electrones y los agujeros emparejados, independientemente de su momento. Más específicamente, el equipo logró la primera observación en cualquier material del precursor de la condensación de excitón, una fase de plasmón blando que surgió cuando el material se acercó a su temperatura crítica de 190 grados Kelvin. Esta fase de plasmón blando es una prueba irrefutable de condensación de excitón en un sólido tridimensional y la primera evidencia definitiva del descubrimiento de excitonio.

“Este resultado es de importancia cósmica”, afirma Abbamonte. “Desde que el término ‘excitonio’ fue acuñado en la década de 1960 por el físico teórico de Harvard Bert Halperin, los físicos han intentado demostrar su existencia. Los teóricos han debatido si sería un aislante, un conductor perfecto o un superfluido, con algunos argumentos convincentes en todos los planteamientos. Desde la década de 1970, muchos experimentadores han publicado evidencia de la existencia de excitonio, pero sus hallazgos no fueron una prueba definitiva y podrían haber sido explicados por una transición de fase estructural convencional”.

CIENCIA*
Con información de Europapress

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