Físicos descubren una nueva forma de materia: El «Excitonium»

Físicos descubren una nueva forma de materia: El «Excitonium»

Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois han dado a conocer un espectacular descubrimiento: el hallazgo de una nueva forma de materia: el Excitonium o Excitonio, tal como lo informa el sitio Phys.org

Los análisis han demostrado que este material está formado por 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.

El profesor de física Peter Abbamonte y su equipo trabajaron junto con colegas en Illinois, la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Ámsterdam para demostrar de una vez por todas la existencia de este extraño y misterioso tipo de materia que fue teorizada durante más de 50 años.

El Excitonium es un condensado compuesto de excitones, que son partículas obtenidas al combinar electrones escapados y los «agujeros» que dejaron.

Este peculiar emparejamiento cuántico-mecánico 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.

Representación del artista de los excitones colectivos de un sólido excitónico

Representación del artista de los excitones colectivos de un sólido excitónico. Crédito: Peter Abbamonte

Para demostrar la existencia de excitones, este equipo analizó cristales con diselenida de dicalcogenuro de titanio (1T-TiSe2), un metal de transición. Incluso fueron capaces de reproducir sus resultados cinco veces por separado.

Anteriormente, los científicos no habían tenido las herramientas experimentales necesarias para distinguir con certeza si estaban detectando excitonio u otra fase similar de la materia.

Usando una técnica novedosa, sin embargo, este equipo de investigación fue capaz de medir definitivamente, por primera vez, las excitaciones colectivas de las partículas bosónicas de baja energía, los electrones apareados y los agujeros, sin importar cuál sea su momento.

En un comunicado de prensa, Abbamonte dijo:

Este resultado es de importancia cósmica. 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 por todos lados. 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”.

Ahora que se ha demostrado que el excitonio existe y ha sido observado concretamente en la experimentación, sus propiedades pueden explorarse y aplicarse más a fondo.

El Profesor de Física, Peter Abbamonte (centro) trabaja con los estudiantes graduados Anshul Kogar (derecha) y Mindy Rak (izquierda) en el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz

El Profesor de Física, Peter Abbamonte (centro) trabaja con los estudiantes graduados Anshul Kogar (derecha) y Mindy Rak (izquierda) en el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz. Crédito: Universidad de Illinois

Sea como superconductor o como superfluido, este material 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 aún más los actuales acertijos cuánticos.

Sin embargo, estas aplicaciones, especialmente aquellas en tecnologías prácticas, son puramente especulativas en este punto. Es imposible predecir con exactitud qué puede deparar el futuro para el excitonio, pero sí sabemos con certeza que tiene más potencial ahora que nunca.

El estudio científico que describe cómo descubrieron el Excitonium ha sido publicado en la revista Science.

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