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Han sido descubiertos electrones en espirales exóticas

La mecánica cuántica y la física de frontera parecen mostrarnos una vez más que el universo en el que vivimos no es extraño, sino más extraño de lo que hemos imaginado.

Los experimentos que se hacen en los grandes aceleradores de partículas nos entregan resultados increíbles de cuando en cuando, porque ponen en tela de juicio la teoría conocida y sólo queda acomodarlos al cuerpo teórico que tenemos o bien, entender que las cosas no encajan y que requerimos de saber más para comprender lo que está pasando.

¿Cómo se mueven las partículas cuánticas?

Los físicos en Rutgers, junto con otros científicos, han ahora descubierto una forma exótica de electrones que giran como los planetas. Esto podría llevar a avances en celdas solares, laser, pantallas electrónicas y luz, entre otras aplicaciones cotidianas.

Se les ha llamado “excitones de superficie quiral”, donde la quiralidad se define como la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, la mano izquierda humana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha). Como contraejemplo, un cubo o una esfera sí son superponibles con sus respectivas imágenes especulares.

Los excitones de superficie quiral  y sus partículas y anti-partículas constituyentes, se enlazan entre ellas y se mueven en giros espirales una con otra sobre la superficie de los sólidos. Esto de acuerdo a un estudio publicado en el Proceedings of the National Academy of Sciences.

Los excitones se forman cuando brillos de luz intense en los sólidos, que golpean electrones cargados negativamente y los sacan de la superficie dejando agujeros positivamente cargados, según las palabras del autor líder del artículo: Hsiang Hsi (Sean) Kung, un estudiante graduado en física y profesor en la Universidad de Rutgers, en New Brunswick.

Los electrones y los agujeros se parecen a puntos que giran rápidamente en la superficie. Los electrones eventualmente giran en espiral hacia los agujeros, aniquilándose unos con otros en menos de una billonésima de segundo mientras emiten un tipo de luz llamando “fotoluminiscencia”.

Los científicos descubrieron estos excitones quirales en la superficie de un cristal conocido como bismuto selénido, el cual podría ser producido masivamente para usarse en cubiertas y otros materiales en electrónica a temperatura ambiente.

“El bismuto selénido es un compuesto fascinante que es parte de una familia de materiales cuánticos que se denominan “aislantes topológicos”, dijo el profesor del departamento de física y astronomía en la escuela de artes y ciencias. “Tienen muchos canales en la superficie y son muy buenos en la conducción eléctrica”, comentó.

La dinámica de estos excitones no se entiende aún del todo y los científicos quieren ahora usar imágenes ultrarrápidas para estudiar los excitones de superficie quirales, que aparentemente se pueden encontrar en otros materiales también.

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