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| Los excitones enfriados a una fracción de un grado sobre el cero absoluto, se condensan en la parte inferior de una trampa electrostática y forman espontáneamente ondas coherentes de materia (Crédito: UC San Diego) |
Esta hazaña permitirá a los científicos estudiar mejor las propiedades físicas de los excitones, los cuales existen sólo fugazmente, aunque ofrecen tan prometedoras como diversas aplicaciones, entre ellas la recolección eficiente de la energía solar y la computación ultrarrápida.
"Esta realización de un excitón condensado en una trampa nos da la oportunidad de estudiar este interesante estado. Las trampas permiten el control de la condensación, proporcionando una nueva forma de estudiar las propiedades fundamentales de la luz y la materia", explicaba Leonid Butov, profesor de física en la Universidad de California en San Diego.
Los excitones son partículas compuestas de un electrón y un "hueco" dejado por un electrón perdido, en un semiconductor. Creado por la luz, estos pares acoplados existen en la naturaleza. La formación y la dinámica de los excitones desempeñan un papel fundamental en la fotosíntesis, por ejemplo.
Igual que otro forma de materia, los excitones tienen una naturaleza dual de partícula y onda, desde el punto de vista cuántico. Las ondas, en general, no están sincronizadas, pero cuando las partículas se enfrían lo suficiente hasta condensarse, sus ondas se empiezan a sincronizar y combinar formando una onda gigante de materia, un estado que otros han observado en los átomos.
Los científicos pueden crear excitones fácilmente por el brillo de la luz en un semiconductor, pero a fin de que los excitones se condensen deben ser enfriados antes de que puedan recombinarse.
La clave del éxito del equipo fue la de separar los electrones lo bastante lejos de sus huecos para que los excitones lograsen durar lo suficiente, y así los científicos podían enfriarlos en un condensado. Esto se obtuvo mediante la creación de unas estructuras llamadas "huecos cuánticos acoplados" que separan los electrones de los huecos en diferentes capas de aleaciones hechas de arsénico de galio y aluminio.
Luego dispusieron una trampa electrostática que consistía en un electrodo formado de diamante, y lo enfriaban en un material semiconductor especial, hecho de una dilución óptica refrigerante, enfriada a 50 mili-Kelvin, tan sólo una fracción de un grado sobre el cero absoluto.
El láser enfocado sobre la superficie del material creaba excitones, que comenzaban a acumularse en el fondo de la trampa ya enfriada. Por debajo de 1 kelvin, toda la nube de excitones se cohesionaba para formar una sola onda de materia, la huella de un estado conocido como condensado de Bose-Einstein.
Otros científicos han visto a los átomos enteros hacer esto, cuando son confinados en una trampa y enfriados, pero esta es la primera vez que se ha comprobado que partículas subatómicas formen ondas coherentes de materia dentro de una trampa.
La variación del tamaño y la profundidad de la trampa alterará el estado coherente del excitón, lo que proporciona a este equipo, y a otros, la oportunidad de estudiar las propiedades de la luz y la materia en una forma completamente nueva.
Referencia:
"Esta realización de un excitón condensado en una trampa nos da la oportunidad de estudiar este interesante estado. Las trampas permiten el control de la condensación, proporcionando una nueva forma de estudiar las propiedades fundamentales de la luz y la materia", explicaba Leonid Butov, profesor de física en la Universidad de California en San Diego.
Los excitones son partículas compuestas de un electrón y un "hueco" dejado por un electrón perdido, en un semiconductor. Creado por la luz, estos pares acoplados existen en la naturaleza. La formación y la dinámica de los excitones desempeñan un papel fundamental en la fotosíntesis, por ejemplo.
Igual que otro forma de materia, los excitones tienen una naturaleza dual de partícula y onda, desde el punto de vista cuántico. Las ondas, en general, no están sincronizadas, pero cuando las partículas se enfrían lo suficiente hasta condensarse, sus ondas se empiezan a sincronizar y combinar formando una onda gigante de materia, un estado que otros han observado en los átomos.
Los científicos pueden crear excitones fácilmente por el brillo de la luz en un semiconductor, pero a fin de que los excitones se condensen deben ser enfriados antes de que puedan recombinarse.
La clave del éxito del equipo fue la de separar los electrones lo bastante lejos de sus huecos para que los excitones lograsen durar lo suficiente, y así los científicos podían enfriarlos en un condensado. Esto se obtuvo mediante la creación de unas estructuras llamadas "huecos cuánticos acoplados" que separan los electrones de los huecos en diferentes capas de aleaciones hechas de arsénico de galio y aluminio.
Luego dispusieron una trampa electrostática que consistía en un electrodo formado de diamante, y lo enfriaban en un material semiconductor especial, hecho de una dilución óptica refrigerante, enfriada a 50 mili-Kelvin, tan sólo una fracción de un grado sobre el cero absoluto.
El láser enfocado sobre la superficie del material creaba excitones, que comenzaban a acumularse en el fondo de la trampa ya enfriada. Por debajo de 1 kelvin, toda la nube de excitones se cohesionaba para formar una sola onda de materia, la huella de un estado conocido como condensado de Bose-Einstein.
Otros científicos han visto a los átomos enteros hacer esto, cuando son confinados en una trampa y enfriados, pero esta es la primera vez que se ha comprobado que partículas subatómicas formen ondas coherentes de materia dentro de una trampa.
La variación del tamaño y la profundidad de la trampa alterará el estado coherente del excitón, lo que proporciona a este equipo, y a otros, la oportunidad de estudiar las propiedades de la luz y la materia en una forma completamente nueva.
Referencia:
Kurzweilai.net, 28 mayo 2012
A. A. High, J. R. Leonard, M. Remeika, L. V. Butov, M. Hanson, A. C. Gossard, Condensation of Excitons in a Trap, Nano Letters, 2012, DOI: 10.1021/nl300983n .
A. A. High, J. R. Leonard, M. Remeika, L. V. Butov, M. Hanson, A. C. Gossard, Condensation of Excitons in a Trap, Nano Letters, 2012, DOI: 10.1021/nl300983n .
