Después de soñar con ello durante casi un siglo, un grupo de científicos ha conseguido crear la primera imagen de la distribución espacial de un electrón dentro de un excitón, una hazaña que podría ayudar a los científicos a desarrollar importantes avances dentro del campo de la mecánica cuántica.
Los excitones son un tipo de cuasi-partícula (es decir, un elemento que actúa como una partícula pero sin realmente serlo) que se da en los materiales semiconductores y aislantes. Cuando un fotón alcanza a un semiconductor, provoca que un electrón (que tiene carga negativa) salte de un nivel de energía inferior a otro superior. Esto provoca que el electrón deje un hueco tras de si con carga positiva. El electrón y el agujero cargado restante suelen orbitar juntos, dando como resultado un excitón de carga neutra.
“Los científicos descubrieron los excitones por primera vez hace unos 90 años”, dijo el coautor Keshav Dani, científico del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa en un comunicado. “Pero hasta hace muy poco, generalmente se podía acceder solo a las firmas ópticas de los excitones, como por ejemplo, a la luz emitida por un excitón cuando se extingue. Otros aspectos de su naturaleza, como su momento, o el mecanismo por el cuál el electrón y el agujero orbitan entre sí, solo podían describirse de forma teórica”.
En mecánica cuántica, es imposible conocer la posición y el momento de una partícula con precisión, por eso lo mejor que puede hacerse es observar la distribución de probabilidad, o lo que es lo mismo: dónde es más probable que se encuentre un electrón dentro del excitón.
Ahora, gracias a una novedosa técnica, los físicos han sido capaces de reconstruir las ubicaciones, las formas y el tamaño de los excitones. “La técnica tiene algunas similitudes con los experimentos en un colisionador de la física de alta energía, donde las partículas se destrozan con cantidades intensas de energía, rompiéndolas”, explicaba Dani. “Aquí, estamos haciendo algo similar: estamos usando fotones de luz ultravioleta para romper los excitones y medir las trayectorias de los electrones y así ver lo que hay dentro”.
Esta investigación, publicada en Science Advances, no ha supuesto un descubrimiento solo desde el plano teórico, sino que también podría tener implicaciones prácticas. “Este trabajo es un avance importante en este campo”, explicaba el autor principal del paper, Julien Madeo, en un comunicado. “Ser capaces de visualizar las órbitas internas de las partículas a medida que forman partículas compuestas más grandes podría permitirnos comprender, medir y, en última instancia, controlar las partículas compuestas de una forma que no tiene precedentes. Esto podría permitirnos crear nuevos estados cuánticos de la materia y tecnologías basados en estos conceptos”.
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