Las leyes de tráfico cuánticas aplicadas al paisaje urbano tridimensional de un tipo específico de cristal pueden frenar la hora pico de electrones.
En una búsqueda de materiales novedosos que puedan contener nuevos y extraños estados de la materia, físicos de la Universidad Rice en Estados Unidos dirigieron un experimento que obligó a los electrones en libertad a permanecer en su lugar.
Si bien el fenómeno se ha observado en materiales donde los electrones están limitados a solo dos dimensiones, esta es la primera vez que se observa en una red metálica cristalina tridimensional, conocida como pirocloro. La técnica ofrece a los investigadores una nueva herramienta para estudiar las actividades menos convencionales de las valientes partículas portadoras de carga.
“Buscamos materiales en los que existan estados potencialmente nuevos de la materia o nuevas características exóticas que no se hayan descubierto”. dice Ming Yi, físico de la Universidad Rice.
Así como la luz puede describirse en formas que son a la vez ondulatorias y partículares, también pueden hacerlo los componentes básicos de los átomos.
El comportamiento cuántico ondulatorio de los electrones es esencial para comprender cómo coordinan su actividad en determinadas condiciones. Enfriadas, las ondas de electrones pueden unir fuerzas entre sí en actos de entrelazamiento que les permiten deslizarse a través de sólidos como fantasmas, dando origen a materiales energéticamente eficientes llamados superconductores.
El comportamiento de los electrones se puede gestionar de otras formas. Organizar las proporciones correctas de elementos da como resultado intersecciones únicas que actúan un poco como semáforos, reduciendo lo que de otro modo podría ser un bullicio caótico de peatones y viajeros a un suave avance en lo que se describe como frustración geométrica.
Pirocloros Son minerales complejos con una estructura formulaica que los hace útiles para una variedad de fines industriales y de investigación. La construcción de uno a partir de una mezcla de cobre, vanadio y azufre dio a los investigadores un metal geométricamente frustrado que podía canalizar ondas de electrones en puntos de estrangulamiento.
“Este efecto de interferencia cuántica es análogo a las ondas que se propagan por la superficie de un estanque y se encuentran de frente”. dice Hacer.
“La colisión crea una onda estacionaria que no se mueve. En el caso de materiales reticulares geométricamente frustrados, son las funciones de onda electrónica las que interfieren destructivamente”.
una técnica llamada espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo permitió al equipo medir la energía y el impulso de los electrones en la red 3D, demostrando que uno no dependía del otro como es habitual.
En este inusual espacio conocido como banda planalas interacciones entre los electrones inactivos se rigen por un conjunto diferente de reglas que podrían, en teoría, brindar a los físicos una nueva forma de comprender fenómenos electromagnéticos como la superconductividad.
Si bien se han observado electrones localizados de manera similar en materiales 2D conocidos como redes Kagome, la aparición de una banda plana a partir de ondas de interferencia que atraviesan una red 3D proporciona una prueba de concepto que podría conducir a una clase de material completamente nueva.
“El pirocloro no es el único juego que existe”, dice El físico Qimiao Si de la Universidad Rice.
“Se trata de un nuevo principio de diseño que permite a los teóricos identificar de forma predictiva materiales en los que surgen bandas planas debido a fuertes correlaciones electrónicas”.
Esta investigación fue publicada en Física de la naturaleza.