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Científicos descubren un nuevo estado electrónico de la materia


Un equipo de científicos ha observado un nuevo estado de la materia en la interfaz entre dos materiales de óxido: aluminato de lantano (LaAlO3) y titanato de estroncio (SrTiO3). El descubrimiento muestra que los electrones pueden unirse de manera similar a la forma en que los quarks se combinan para formar neutrones y protones.

"Normalmente, los electrones en semiconductores o metales se mueven y se dispersan, y eventualmente se desvían en una dirección si aplicas un voltaje", explicó el coautor principal del estudio, el profesor Jeremy Levy, investigador del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pittsburgh y el Instituto Cuántico de Pittsburgh.

"Pero en los conductores balísticos los electrones se mueven más como autos en una carretera".

"La ventaja de esto es que no emiten calor y pueden usarse de formas muy diferentes a la electrónica ordinaria".

"El descubrimiento que hicimos muestra que cuando se puede hacer que los electrones se atraigan entre sí, pueden formar racimos de dos, tres, cuatro y cinco electrones que literalmente se comportan como nuevos tipos de partículas; nuevas formas de materia electrónica", dijo el profesor Levy.

Es similar a la forma en que los quarks se unen para formar neutrones y protones.

Una pista importante para descubrir el nuevo estado de la materia, fue comprender que estos conductores balísticos coincidían con una secuencia dentro del triángulo de Pascal.

El triángulo de Pascal

En las matemáticas, el triángulo de Pascal es una representación de los coeficientes binomiales ordenados en forma de triángulo. El triángulo de Pascal se puede generalizar a dimensiones mayores. La versión de tres dimensiones se llama pirámide de Pascal o tetraedro de Pascal, mientras que las versiones más generales son llamadas simplex de Pascal.

El triángulo de Pascal se construye siguiendo un patrón como el que se muestra en la figura de arriba. Se comienza desde la cúspide con el número «1» hacia abajo (infinito), a modo de "árbol"; se clasifica en filas, empezando por la fila cero (el «1» de la cúspide). Este "árbol" tiene nodos, que son cada número que compone el triángulo. Si sumamos dos nodos nos dará de resultado el nodo situado debajo de estos dos, y así sucesivamente.

Las diagonales que empiezan desde el «1» situado en la cabeza del triángulo valen siempre 1.

"Si observa diferentes direcciones del triángulo de Pascal, puede ver diferentes patrones de números y uno de los patrones era 1, 3, 6, 10, 15, 21", dijo el profesor Levy.

"Esta es una secuencia que notamos en nuestros datos, por lo que se convirtió en una pista desafiante de lo que realmente estaba sucediendo".

"El descubrimiento nos llevó un tiempo comprenderlo, pero fue porque inicialmente no nos dimos cuenta de que estábamos viendo partículas formadas por un electrón, dos electrones, tres electrones, etc. Si combinas todo esto, obtienes la secuencia de 1, 3, 6, 10."

"Las nuevas partículas presentan propiedades relacionadas con el entrelazamiento cuántico, que potencialmente pueden usarse para la computación cuántica y la redistribución cuántica", agregó el profesor.

"El descubrimiento es un avance emocionante hacia la próxima etapa de la física cuántica".

Crédito de la imagen: Yun-Yi Pai.

Referencia del documento científico:
Megan Briggeman et al. 2020. Serie de conductancia pascal en canales balísticos unidimensionales LaAlO3/SrTiO3. Science, Vol. 367, número 6479, pp. 769-772; doi: 10.1126 / science.aat6467

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