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Jun 05, 2023

Nuevo estado de la materia descubierto utilizando cristales ultradensos

Al hacer brillar un potente haz de luz a través de dos compuestos químicos, los científicos descubrieron un nuevo estado único de la materia formado por partículas llamadas excitones. Los físicos han descubierto un nuevo estado exótico

Al hacer brillar un potente haz de luz a través de dos compuestos químicos, los científicos descubrieron un nuevo estado único de la materia formado por partículas llamadas excitones.

Los físicos han descubierto un nuevo y exótico estado de la materia que toma la forma de un cristal altamente ordenado de partículas subatómicas. El nuevo estado de la materia, llamado "aislante bosónico correlacionado", podría conducir al descubrimiento de muchos tipos nuevos de materiales exóticos hechos de materia condensada, según los investigadores, que detallaron sus resultados en un estudio publicado el 11 de mayo en la revista Science. .

Las partículas subatómicas se pueden dividir en dos categorías: fermiones y bosones. Las principales diferencias entre los dos son cómo giran y cómo interactúan entre sí.

A menudo se piensa que los fermiones, como los electrones y los protones, son los componentes básicos de la materia porque forman los átomos y se caracterizan por su espín semientero. Dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo.

Los bosones, por otro lado, transportan fuerza (como fotones o paquetes de luz) y se cree que son el pegamento del universo, que une las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Estas partículas tienen espines enteros y varios bosones pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo.

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"Los bosones pueden ocupar el mismo nivel de energía; a los fermiones no les gusta permanecer juntos", dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Chenhao Jin, físico de materia condensada de la Universidad de California, Santa Bárbara. "Juntos, estos comportamientos construyen el universo tal como lo conocemos".

Pero hay un caso en el que dos fermiones pueden convertirse en un bosón: si un electrón cargado negativamente se fija a un "agujero" cargado positivamente en un fermión diferente, forma una partícula bosónica conocida como "excitón".

Para ver cómo interactúan los excitones entre sí, los investigadores colocaron una red de disulfuro de tungsteno encima de una red similar de diseleniuro de tungsteno en un patrón superpuesto llamado muaré. Luego, hicieron brillar un potente haz de luz a través de las celosías, un método conocido como "espectroscopia de sonda de bomba". Estas condiciones juntaron los excitones hasta que estuvieron tan densamente empaquetados que ya no pudieron moverse, creando un nuevo estado cristalino simétrico con una carga neutra: un aislante bosónico correlacionado.

"Convencionalmente, la gente ha dedicado la mayor parte de sus esfuerzos a comprender qué sucede cuando se juntan muchos fermiones", dijo Jin. "El objetivo principal de nuestro trabajo es que básicamente creamos un nuevo material a partir de bosones que interactúan".

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Los investigadores dijeron que esta es la primera vez que este nuevo estado de la materia se crea en un sistema de materia "real", a diferencia de los sistemas sintéticos, proporcionando así una nueva visión del comportamiento de los bosones. Además, los métodos que utilizó el equipo para descubrir este nuevo estado de la materia podrían ayudar a los científicos a crear nuevos tipos adicionales de materiales bosónicos.

"Sabemos que algunos materiales tienen propiedades muy extrañas", dijo Jin. "Y uno de los objetivos de la física de la materia condensada es comprender por qué tienen estas ricas propiedades y encontrar formas de hacer que estos comportamientos sean más confiables".

Esta historia se publicó originalmente en Live Science.

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