Confirman la existencia de un misterioso estado de la materia
Se llama excitonium, se produce en semiconductores y aislantes y puede revolucionar las tecnologías actuales
Un misterioso estado de la materia, que le lleva a comportarse como un superfluido, como un superconductor o incluso como un cristal electrónico aislante, ha sido confirmado por primera vez después de más de 50 años de especulaciones teóricas. El nuevo estado se llama excitonium, se produce en semiconductores y aislantes y puede revolucionar las tecnologías actuales.
El artífice del descubrimiento, el físico Peter Abbamonte (en el centro) con los estudiantes Anshul Kogar (derecha) and Mindy Rak (izquierda) en el Frederick Seitz Materials Research Laboratory. Credit: L. Brian Stauffer, University of Illinois at Urbana-Champaign.
Un equipo internacional de investigadores ha confirmado la existencia del excitonium, un extraño y misterioso tipo de materia que fue propuesto por Yakov Frenkel en 1931. El excitonium está formado por unas partículas llamadas excitones.
Yakov Frenkel (1894-1952) fue un físico soviético especializado en la física de la materia condensada, una rama de la Física que se ocupa de las características físicas macroscópicas de la materia. En particular, esta rama de la Física se ocupa de las fases “condensadas” que aparecen siempre cuando el número de constituyentes en un sistema es extremadamente grande, y en el que las interacciones entre los componentes son fuertes.
Frenkel describió la excitación de los átomos en una red de aisladores y propuso que este estado excitado de la materia sería capaz de viajar de una manera similar a las partículas a través de la red sin transferencia neta de carga. En la década de 1960, el físico teórico de Harvard, Bert Halperin, teorizó de nuevo sobre la existencia de este posible estado de la materia y para denominarlo acuñó el término excitonium por primera vez en la historia. Ahora se ha confirmado experimentalmente su existencia.
Un excitón es un tipo de bosón, uno de los dos tipos básicos de partículas elementales. Es una cuasipartícula (o excitación elemental) de los sólidos formada por un electrón y un hueco ligados a través de la interacción coulombiana (según la ley de Coulomb). Se da únicamente en semiconductores y aislantes.
El excitón se forma cuando un fotón alcanza a un semiconductor y excita a uno de sus electrones. El electrón deja tras de sí un hueco que se comporta como si fuera una partícula, con el que interacciona el electrón y al que queda vinculado.
El sistema que resulta de dicho vínculo es el nuevo estado de la materia llamado excitonium, que permite que la materia actúe como un superfluido, como un superconductor o incluso como un cristal electrónico aislante. Los resultados se publican en la revista Science.
El descubrimiento se produjo analizando calcogenuros de metales de transición, llenos de electrones. Los calcogenuros son una serie de compuestos químicos. Observando estos metales los científicos confirmaron por primera vez la existencia de los excitones. Y lo pudieron comprobar hasta cinco veces consecutivas y por separado, según se informa en un comunicado.
Mejores herramientas
Hasta ahora, los científicos no tenían las herramientas necesarias para comprobar su existencia, para distinguir un excitón entre un conjunto de otras partículas. Con las nuevas tecnologías, han podido finalmente medir por primera vez y de manera definitiva las excitaciones colectivas de partículas bosónicas de baja energía, de los electrones interactuando con sus huecos, independientemente de su dinamismo.
La primera observación del precursor de la condensación del excitón se produjo en una fase de plasmón suave que surgió cuando el material se acercó a la temperatura de 190º Kelvin. Un plasmón es un cuanto de oscilación del plasma. El plasmón del experimento es una prueba contundente de la existencia del excitón en un sólido tridimensional. Y además, es la primera evidencia definitiva del descubrimiento del excitón.
Ahora que se ha probado su existencia y que ha sido observado experimentalmente, sus propiedades pueden ser exploradas en detalle y aplicadas. Los investigadores ya están analizando las posibles aplicaciones de este descubrimiento.
Como supraconductor y superfluido, este material podría usarse para hacer avanzar muchas de las tecnologías actuales, aunque de momento estas aplicaciones posibles son meramente especulativas. Los investigadores confían además que este descubrimiento podrá dilucidar algunos de los misterios que encierra todavía la mecánica cuántica.
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Referencia
Signatures of exciton condensation in a transition metal dichalcogenide. Science 08 Dec 2017: Vol. 358, Issue 6368, pp. 1314-1317. DOI: 10.1126/science.aam6432
Fuente: https://www.tendencias21.net/Confirman-la-existencia-de-un-misterioso-estado-de-la-materia_a44305.html
Confirman el descubrimiento de nueva forma de materia: el excitonio
Las primeras menciones a este tipo de materia aparecieron hace medio siglo, pero solo ahora ha podido ser confirmada su existencia.
Representación artística del excitonio.El científico Peter Abbamonte.
Un grupo de físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.) han anunciado el descubrimiento de un nuevo estado de materia: el excitonio, según informa la página de la institución. Por primera vez, los investigadores han conseguido probar la existencia de esta enigmática forma de materia, que fue teorizada por primera vez hace unos 50 años.
El excitonio es un condensado que exhibe fenómenos cuánticos macroscópicos, como un superconductor o superfluido, o un cristal electrónico aislante. Está formado por excitones, partículas que se forman en un emparejamiento mecánico cuántico muy raro: el de un electrón escapado y el agujero que deja atrás.
Para probar su existencia, el equipo, encabezado por el profesor de Física Peter Abbamonte, desarrolló una técnica propia denominada espectroscopía de pérdida de energía de electrones con resolución de impulso (M-EELS, por sus siglas en inglés). Con esta herramienta, los científicos pudieron medir por primera vez las excitaciones colectivas de las partículas bosónicas de baja energía -los electrones y sus agujeros emparejados- independientemente de su impulso.
Resultado de importancia cósmica
Más específicamente, el equipo logró la primera observación del precursor de la condensación de excitones en cualquier material, en una fase de plasmón blando que surge cuando el material se acerca a una temperatura crítica de 190 grados Kelvin.
Según los científicos, esta fase de plasmón blando es una "prueba irrefutable" de la condensación del excitón en un sólido tridimensional y la primera evidencia definitiva de la existencia del excitonio.
"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", afirmó Peter Abbamonte, que destacó que "este resultado es de importancia cósmica".
¿Para qué sirve el descubrimiento?
Esta investigación es muy prometedora para resolver misterios existentes en la mecánica cuántica. Al fin y al cabo, el estudio de los fenómenos cuánticos macroscópicos es lo que ha dado forma a la misma comprensión de esta rama de la física. Más allá de esto, los científicos están estudiando las posibles aplicaciones tecnológicas del excitonio.
El trabajo de los investigadores fue publicado este 8 de diciembre en la revista Science.
Fuente: https://actualidad.rt.com/actualidad/257390-confirmar-descubrimiento-nueva-forma-materia
Cómo es el excitonio, una nueva forma de materia recién descubierta que intrigó a los científicos durante 50 años
Derechos de autor de la imagenISTOCKImage caption¿Es el excitonio un superconductor o superfluído? ¿O acaso es un aislante?
En la década de los 60, el físico Bert Halperin teorizó sobre la existencia de una nueva forma de materia a la que bautizó "excitonio".
Desde entonces, diversos equipos de investigadores han publicado distintas evidencias sobre su existencia, pero ninguna resultó ser definitiva.
Hasta ahora.
Investigadores de la Universidad de Illinois, en stados Unidos, lograron probar la existencia de esta enigmática forma de materia.
Liderado por el físico Peter Abbamonte, el equipo desarrolló las herramientas experimentales para poner a prueba y demostrar de cinco formas distintas que el excitonio es real, según el trabajo publicado en la revista científica Science.
¿Qué es el excitonio?
El excitonio es un condensado (es decir, un sólido) que está formado por partículas llamadas excitones(tal como el aluminio sólido está formado por partículas de aluminio, por ejemplo).
Image captionPeter Abbamonte (centro) junto a los estudiantes Mindy Rak (izquierda) y Anshul Kogar (derecha), quienes participaron del estudio. (Foto: L. Brian Stauffer / Universidad de Illinois)
Estas partículas están formadas por una pareja improbable: un electrón que se excita o emociona y salta o se escapa, dejando un "hueco" en ese lugar.
"Ese agujero se comporta como si fuera una partícula con carga positiva y atrae al electrón escapado", formando al excitón, dice un comunicado de la Universidad de Illinois.
Suena complicado... y lo es. De hecho, según los propios investigadores, el excitonio "desafía la razón".
"Este resultado es de importancia cósmica", dijo Abbamonte en el comunicado.
Image captionRepresentación artística de los excitones de un sólido excitónico. (Foto: Peter Abbamonte / Frederick Seitz)
En una entrevista con la revista Newsweek, el físico incluso contó que se encontró con Halperin, de 76 años, quien se mostró muy feliz al enterarse de la confirmación empírica de su teoría.
¿Para qué sirve?
Si bien el excitonio existe en la literatura especializada desde hace cinco décadas, los científicos aún no saben cuáles son sus propiedades.
Tal es así que existen hipótesis opuestas. Algunos han teorizado que será un material aislante, mientras que otros piensan que funcionará como un superconductor o superfluído, transportando energía y electricidad sin disipación.
Este es el nuevo desafío del equipo de la Universidad de Illinois: encontrar las posibles funciones del excitonio y, por lo tanto, futuras aplicaciones.
Sin embargo, Abbamonte dijo a Newsweek que eso es secundario: "Lo más importante es que existe".
Fuente: http://www.bbc.com/mundo/noticias-42313338
