Físicos descubren un nuevo estado de la materia oculto en el reino cuántico: ScienceAlert

Está familiarizado con los estados de la materia que encontramos todos los días (sólidos, líquidos y gases), pero en condiciones más exóticas y extremas pueden surgir nuevos estados, y científicos de EE. UU. y China acaban de encontrar uno.

Lo llaman el estado quiral líquido de Bose y, como ocurre con cada nuevo arreglo de partículas que descubrimos, puede decirnos más sobre la textura y los mecanismos del universo que nos rodea, en particular, en el tamaño cuántico extremadamente pequeño.

Los estados de la materia describen cómo las partículas pueden interactuar entre sí, dando lugar a diferentes estructuras y formas de comportamiento. Mantenga los átomos en su lugar y obtendrá un sólido. Déjalos fluir, tienes un líquido o un gas. El poder de las asociaciones cargado, tienes un plasma.

El paisaje cuántico proporciona formas aún más exóticas para que las partículas interactúen, lo que permite comportamientos únicos mejor descritos en términos de potencial y energía.

Los investigadores descubrieron el nuevo caso a través de un El sistema cuántico frustrado. En términos simples, es un sistema con restricciones integradas que evitan que las partículas interactúen como lo harían normalmente (de ahí la frustración).

Estas limitaciones, y la frustración resultante, pueden conducir a resultados emocionantes para los científicos. Aquí, los investigadores se centraron en los electrones y utilizaron una analogía de juego de mesa para explicar lo que está pasando.

«Es como un juego de sillas musicales, diseñado para frustrar a los electrones». Él dice El físico teórico de la materia condensada Tigran Sedrakyan de la Universidad de Massachusetts Amherst.

«En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora tienen que luchar y tienen muchas más posibilidades de dónde sentarse».

El sistema de los investigadores era un dispositivo semiconductor con dos capas: una capa superior rica en electrones y una capa inferior con muchos agujeros disponibles para que los electrones pasaran de forma natural. ¿desarrollo? No hay suficientes huecos para todos los electrones.

Aunque este tipo de sistema es difícil de observar, el equipo utilizó un campo magnético ultrafuerte para medir cómo se movían los electrones, revelando la primera evidencia de un nuevo estado de fluido bosónico-quiral.

«En el borde de una bicapa de semiconductores, los electrones y los huecos se mueven a la misma velocidad». Él dice Lingjie Du, física de la Universidad de Nanjing en China.

«Esto conduce a un transporte en forma de espiral, que puede ser modulado aún más por campos magnéticos externos a medida que los canales de electrones y huecos se separan gradualmente bajo campos más altos».

Este nuevo caso reveló algunas propiedades interesantes. Por ejemplo, los electrones se congelarían en un patrón predecible y una dirección de giro fija en el cero absoluto y no podrían ser interferidos por otras partículas o campos magnéticos. Esta estabilidad podría tener aplicaciones en sistemas de almacenamiento digital a nivel cuántico.

Además, las partículas externas que afectan a un solo electrón pueden afectar a todos los electrones de un sistema, gracias al entrelazamiento cuántico de relativamente largo alcance. Es como estrellar una bola blanca contra un grupo de bolas de billar y todas esas bolas se mueven en la misma dirección como respuesta: otro descubrimiento que podría resultar útil.

Si bien todo esto involucra física de alto nivel, cada descubrimiento como este, estas peculiaridades y estados de borde que ocurren fuera de los límites de las interacciones de partículas comunes, nos acercan a una comprensión completa de nuestro universo.

«Encuentras estados cuánticos de la materia más lejos en estas periferias, y son mucho más monstruosos que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida diaria». Él dice Sedrakian.

Investigación publicada en naturaleza.