MADRID, 12 Dic. (EUROPA PRESS) -
Físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han probado 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 del metal de transición analizado frecuentemente diseleniuro de dicalcogenuro de titanio (1T-TiSe2) y reprodujo sus resultados sorprendentes cinco veces en diferentes cristales escindidos.
El excitonio es un condensado: exhibe fenómenos cuánticos macroscópicos, como un superconductor o superfluido o cristal electrónico aislante. Está formado por excitones, partículas que se forman en un emparejamiento mecánico cuántico muy extraño, a saber, el de un electrón escapado y el agujero que dejó atrás.
Desafía a la razón, pero resulta que cuando un electrón, establecido en el borde de una banda de valencia atestada de electrones en un semiconductor, se excita y salta la brecha de energía a la banda de conducción que de otro modo estaría vacía, deja atrás un 'hoyo' en la banda de valencia, según el estudio, publicado en Science.
Ese agujero se comporta como si fuera una partícula con carga positiva, y atrae al electrón escapado. Cuando el electrón escapado con su carga negativa se empareja con el agujero, los dos forman una partícula compuesta, un bosón-un excitón.
De hecho, los atributos similares a partículas del agujero son atribuibles al comportamiento colectivo de la multitud de electrones circundante. Pero esa comprensión hace que el emparejamiento no sea menos extraño y maravilloso.
Hasta ahora, los científicos no han tenido las herramientas experimentales para distinguir positivamente si lo que parecía ser excitonio no era en realidad una fase de Peierls. Aunque no está relacionado con la formación de excitones, las fases de Peierls y la condensación de excitones comparten la misma simetría y observables similares: una superred y la apertura de una brecha de energía de una sola partícula.
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). M-EELS es más sensible a las excitaciones de banda de valencia que las técnicas de dispersión de neutrones o rayos X inelásticas.
Con su nueva técnica, el grupo pudo por primera vez medir las excitaciones colectivas de las partículas bosónicas 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 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 en un comunicado. "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 ".
