El profesor de Física Peter Abbamonte (centro) trabaja con estudiantes graduados en su laboratorio en la Universidad de Illinois | Vídeo: El descubrimiento de los físicos - L.Brian Stauffer /U. Illinois

Físicos hallan una nueva forma de materia: el excitonio

Predicha hace 50 años, sus partículas son tan extrañas que se originan al mezclarse con el vacío que dejan atrás

MadridActualizado:

Físicos de la Universidad de Illinois (EE.UU.) han demostrado la existencia de una nueva y enigmática forma de la materia llamada excitonio, que fue predicha hace casi 50 años pero que hasta ahora nadie había sido capaz de detectar. Se trata de un condensado compuesto de unas partículas llamadas excitones, que se forman en un emparejamiento mecánico cuántico muy extraño entre un electrón escapado y el «agujero» que dejó atrás.

«Este resultado es de importancia cósmica», afirma Peter Abbamonte, responsable del estudio y quien se confiesa «emocionado» por el hallazgo. El término 'excitonio' fue acuñado en la década de 1960 por el físico teórico de Harvard Bert Halperin. Desde entonces, los físicos han tratado de descubrirlo y han debatido sobre si sería un aislante, un conductor perfecto o un superfluido. «Desde la década de 1970, muchos experimentadores han publicado evidencias de su existencia, pero sus hallazgos no eran una prueba definitiva», explica el investigador.

Abbamonte cree que el excitonio ha tardado 50 años en descubrirse en materiales reales porque hasta ahora los científicos no han tenido las herramientas experimentales para distinguir positivamente si lo que parecía ser excitonio no era en realidad otra cosa, algo llamado fase de Peierls, un comportamiento de los cristales ya conocido por los científicos.

Representación de los excitones en un sólido
Representación de los excitones en un sólido - P.A.

Para observar la nueva forma de materia, el equipo desarrolló una nueva técnica llamada espectroscopía de pérdida de energía de electrones con resolución de impulso (M-EELS), que puede seguir la trayectoria de los electrones. De esta forma, el equipo pudo observar cómo se comportan los excitones, partículas tan extrañas que se forman por un electrón que escapó y el espacio negativo que dejó cuando lo hizo.

Este singular emparejamiento es posible porque, en semiconductores, los electrones en el borde de un nivel de energía en un átomo pueden, cuando están excitados, saltar al siguiente nivel de energía, dejando atrás un «agujero» en el nivel anterior. Este agujero actúa como una partícula cargada positivamente y atrae al electrón con carga negativa. Como ocurre siempre en física cuántica, parece algo de locos.

Más específicamente, el equipo logró la primera observación de un plasmón blando, que surgió cuando el material se acercó a su temperatura crítica de 190º Kelvin. Esta fase de plasmón blando, algo que nadie había visto antes, es una prueba clave de la condensación del excitón en un sólido tridimensional y la primera evidencia definitiva del descubrimiento del excitonio, según explican sus descubridores en un comunicado.

Los hallazgos, que han sido fortuitos ya que en realidad los investigadores pretendían probar su método en un cristal ya disponible, han sido publicados en la revista Science. Los investigadores creen que su trabajo es muy prometedor para desbloquear más misterios de la mecánica cuántica y otras cuestiones de la Física. Más allá de eso, las posibles aplicaciones tecnológicas del excitonio son puramente especulativas, reconocen los científicos.