Físicos descubren nuevos estados de la materia en sistemas cuánticos bidimensionales

Investigadores de la Universidad Estatal de Georgia en EE. UU. han realizado un importante descubrimiento en el campo de la física cuántica. El equipo científico ha identificado nuevos estados de la materia al estudiar el comportamiento de los electrones en sistemas cuánticos bidimensionales bajo condiciones extremas.

Los sistemas cuánticos bidimensionales son estructuras especiales en las que el movimiento de las partículas está restringido a un plano. En estos sistemas, emergen efectos cuánticos únicos que no se observan en el mundo tridimensional. Los científicos crean estos sistemas utilizando capas delgadas de materiales especiales o aplicando campos magnéticos intensos a un gas de electrones.

El experimento se llevó a cabo a una temperatura cercana al cero absoluto (-273°C) en un campo magnético que superaba en 100,000 veces el de la Tierra. Estas condiciones extremas permitieron a los investigadores observar un comportamiento inusual de las partículas cuánticas.

El objeto central del estudio fue el Efecto Cuántico Fraccionario de Hall (ECFH), que surge bajo la influencia de un campo magnético fuerte. En el ECFH, los electrones se comportan como partículas con una carga fraccionaria, lo que contradice la concepción convencional de que la carga eléctrica es indivisible.

El profesor Ramesh Mani, quien lideró la investigación, destacó la importancia del descubrimiento: "Nuestros resultados amplían los límites de la comprensión de los sistemas cuánticos, ofreciendo una nueva perspectiva sobre su compleja naturaleza". Según el científico, en el mundo del ECFH, las partículas pueden mostrar propiedades que no se ajustan a los marcos de la física clásica.

Al sistema estudiado se le aplicó una corriente adicional, lo que llevó a una división y cruce inesperados de los estados del ECFH, un fenómeno que anteriormente no se había logrado observar. U. Kushan Wijewardane, colega de la Universidad de Georgia y la Universidad Estatal, señaló: "Buscamos durante mucho tiempo una explicación para nuestras observaciones. Los resultados fueron tan inusuales que nos llevó tiempo interpretarlos".

Para crear un entorno bidimensional con electrones de libre movimiento, los investigadores utilizaron componentes semiconductores de alta movilidad hechos de arseniuro de galio y arseniuro de aluminio-galio.

El profesor Mani comparó el estudio tradicional de los efectos cuánticos fraccionarios de Hall con la exploración del primer piso de un edificio. "Nuestro trabajo es un intento de subir a los pisos superiores, esos niveles emocionantes y desconocidos. Queremos entender cómo están estructurados y qué nuevos fenómenos se pueden descubrir allí", explicó el científico.

Los resultados de experimentos como este son la base de muchas tecnologías modernas, incluidos teléfonos móviles, computadoras y paneles solares. Estos nuevos descubrimientos podrían llevar a la creación de dispositivos y materiales aún más avanzados en el futuro.