“Los electrones pueden verse como pequeños imanes que también tienen una carga eléctrica negativa. En un nivel fundamental, estas dos propiedades son indivisibles. Sin embargo, en ciertos materiales donde los electrones están restringidos en un mundo cuasi unidimensional, parecen dividirse en un imán y una carga eléctrica, que pueden moverse libremente e independientemente uno del otro. Una pregunta de larga data ha sido si un fenómeno similar puede suceder en más de una dimensión. Un equipo dirigido por científicos de EPFL ahora ha descubierto nuevas pruebas que demuestran que esto puede suceder en materiales magnéticos casi bidimensionales. Su trabajo se publica en Nature Physics .
Se produce un fenómeno extraño con los electrones en materiales que son tan delgados que se puede pensar que son unidimensionales, por ejemplo, nanohilos. Bajo ciertas condiciones, los electrones en estos materiales en realidad se pueden dividir en una carga eléctrica y un imán, que se conocen como “partículas fraccionarias”. Una pregunta importante pero aún no resuelta en la física fundamental de partículas es si este fenómeno podría surgir y observarse en más dimensiones, como sistemas bidimensionales o tridimensionales.
Henrik M. Rønnow y Bastien Dalla Piazza de EPFL y Martin Mourigal (recientemente nombrado profesor asistente en Georgia Tech) han liderado un estudio que proporciona evidencia experimental y teórica que muestra que esta exótica división de los electrones en partículas fraccionarias realmente tiene lugar en dos dimensiones. Los científicos combinaron la tecnología de dispersión de neutrones polarizada de vanguardia con un nuevo marco teórico y probaron un material que normalmente actúa como un aislante eléctrico. Sus datos mostraron que el momento magnético de los electrones se puede dividir en dos mitades y moverse de forma casi independiente en el material.
La existencia de partículas fraccionales en más de una dimensión fue propuesta por el premio Nobel PW Anderson en 1987 cuando intentaba desarrollar una teoría que pudiera explicar la superconductividad a altas temperaturas: la capacidad de algunos materiales para conducir electricidad con resistencia cero a muy baja, pero tecnológicamente factible, temperaturas. Este fenómeno sigue siendo uno de los mayores misterios y ha sido ampliamente investigado en los superconductores de alta temperatura más prometedores, los cupratos que contienen cobre.
Bajo temperaturas cercanas al cero absoluto, los electrones se unen para formar un líquido exótico que puede fluir exactamente sin fricción. Si bien esto se observó anteriormente a temperaturas cercanas al cero absoluto en otros materiales, este líquido de electrones se puede formar en cupratos a temperaturas mucho más altas que pueden alcanzarse utilizando solo nitrógeno líquido. En consecuencia, actualmente hay un esfuerzo por encontrar nuevos materiales que muestren la superconductividad a alta temperatura a temperatura ambiente. Pero entender cómo surge en un nivel fundamental ha demostrado ser un desafío, lo que limita el desarrollo de materiales que se pueden usar en las aplicaciones. Los avances aportados por los científicos EPFL ahora traen apoyo para la teoría de la superconductividad como postulado por Anderson “.
“Este trabajo marca un nuevo nivel de comprensión en uno de los modelos más fundamentales de la física”, dice Henrik M. Rønnow. “También presta nuevo apoyo a la teoría de la superconductividad de alta temperatura de Anderson, que, a pesar de veinticinco años de intensa investigación, sigue siendo uno de los mayores misterios en el descubrimiento de materiales modernos”.
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