EXCITONIUM

Descubren una nueva forma de materia: el excitonium

El excitonium fue teorizado hace casi 50 años pero, hasta ahora, no había podido demostrarse.



El profesor de Física Peter Abbamonte y los estudiantes de posgrado Anshul Kogar y Mindy Rak, con la colaboración de colegas de Illinois, la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Ámsterdam, han demostrado la existencia de una nueva forma de materia, que ha dejado perpleja a la comunidad científica y que fue teorizada por primera vez hace casi 50 años. Se trata del excitonium.

Excitonium está compuesto por excitones (partículas que se forman por un electrón y un hueco, ligados a través de la interacción coulombiana), un tipo de bosón; una partícula compuesta que podría permitir que la materia actúe como un superfluido, un superconductor o incluso como un cristal electrónico aislante.

Nunca antes se había detectado, pero en la década de 1960, el físico teórico de Harvard, Bert Halperin, fue quien teorizó y acuñó el término por primera vez en la historia.

El excitonium está compuesto por excitones, partículas que se forman por un electrón y un hueco ligados

El excitonium es un condensado compuesto de excitones, lo que significa que los investigadores detectaron que era un sólido. Este peculiar emparejamiento cuántico-mecánico de electrones y los huecos que dejaron es posible porque, en semiconductores, los electrones en el borde de un nivel de energía en un átomo pueden, cuando están excitados, saltar al siguiente nivel de energía, dejando atrás un "agujero" en el nivel anterior.

Este agujero actúa como una partícula cargada positivamente, atrayendo el electrón cargado negativamente que escapó. Así, se orbitan unos a otros de la misma forma que un electrón y un protón.

Probando su existencia

Para demostrar la existencia de excitones, los científicos estudiaron los cristales no dopados del diseleniuro de dicalcogenuro de titanio de metal de transición (1T-TiSe2) y reprodujeron los resultados cinco veces en diferentes cristales escindidos, por separado.

Durante los intentos anteriores no se había logrado distinguir entre la formación de excitones y los procesos superficialmente parecidos. Para llevar a cabo el nuevo experimento, los físicos desarrollaron una nueva tecnología espectroscópica, mucho más sensible a las partículas cargadas.

Concretamente, los científicos lograron la primera observación de un plasmón blando, que surgió cuando el material se acercó a su temperatura crítica de 190º Kelvin. Esta fase representa una prueba clave de la condensación del excitón en un sólido tridimensional y la primera evidencia definitiva del descubrimiento del excitonio, según explican los autores. "Este resultado es de importancia cósmica", declaró Abbamonte en un comunicado de prensa.

"Desde que el término 'excitonium' fue acuñado en la década de 1960 por el físico teórico de la Universidad 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 por todos lados".

Continúa. Ahora que se ha demostrado su existencia y se ha observado concretamente en la experimentación, pueden explorarse sus propiedades y valorar sus posibles aplicaciones.

Lo más obvio es que, este material, como superconductor y superfluido, podría ser utilizado para promover las tecnologías existentes. Además, dado que el análisis de los fenómenos cuánticos es lo que guía y da forma a nuestra comprensión de la mecánica cuántica, esta investigación podría ayudar a desmitificar un poco más los actuales acertijos cuánticos.


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