Una de las cuestiones básicas que nos enseñan desde la primaria, son los estados de la materia. A través de diversos ejemplos y con la finalidad de entender el ciclo del agua, los docentes enseñan a millones de niños (año con año), los estados de la materia.
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, solo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto.
Sin embargo, un grupo de investigadores descubrieron un nuevo estado de la materia. Sabemos que en la actualidad en entornos más extremos o en los laboratorios aparecen más estados, como el plasma o los condensados de Bose-Einstein.
Tal ha sido el hallazgo realizado por un equipo liderado por Tigran Sedrakyan, profesor de la Universidad de Massachusetts, en un experimento, que los resultados de la investigación han sido publicados en la revista Nature.
Como parte de la investigación, el equipo liderado por Tigran Sedrakyan, diseñaron una «máquina de frustración» que, es nada más y nada menos que un dispositivo semiconductor bicapa, en el que la capa superior esta llena de electrones que pueden moverse de forma libre y la capa inferior, se encuentra llena de «agujeros» o lugares que pueden ser ocupados por un electrón errante.
Entre ambas capas se genera algo que se asemeja a un acercamiento interatómico. La capa interna fue diseñada de forma que no tuviera el mismo número de agujeros que de electrones, ya que, si fuera de esta forma, las partículas se comportarían de forma predecible y cada una de ellas ocuparía un hueco.
Con una menor cantidad de lugares disponibles para los electrones, se genera un desequilibrio local, «es como un juego de sillas diseñado para frustrar a los electrones. En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora deben revolverse y tener muchas posibilidades en donde ‘sentarse’», explica Sedrakyan.
«Uno encuentra estados cuánticos de la materia en estas franjas… Y son mucho más salvajes que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana», comparte el autor principal del estudio. Los científicos han llamado a este estado «Bose quiral», que cuenta con una serie de características únicas.
Una de las características de este estado que más sorprenden es que, si se enfría la materia cuántica en un estado quiral hasta el cero absoluto, los electrones se congelan en un patrón predecible, y las partículas emergentes de carga neutra en este estado girarán en sentido horario o antihorario. Incluso si golpea otra partícula en uno de estos electrones, o introduce un campo magnético, no puede alterar su giro: es sorprendentemente robusto e incluso puede usarse para codificar datos digitales con tolerancia a fallos.
Otra característica que ha sorprendido a los investigadores es que, si las partículas del exterior chocan contra las partículas del interior en estado de borde quiral, no solo se alteraría la partícula contra la que fue el choque, sino todas en conjunto. Este efecto se debe al entrelazamiento de largo alcance presente en este sistema cuántico.
«En el borde de la bicapa de semiconductores, los electrones y los huecos se mueven con las mismas velocidades… Esto conduce a un transporte de tipo helicoidal, 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», comenta Lingjie Du, físico parte de la investigación.
Para más información consulta: Nature
