Descubiertos por primera vez electrones a la 'velocidad de la luz' que se mueven en 4 dimensiones: ScienceAlert

El esquivo comportamiento de los electrones finalmente ha sido aislado de la actividad electrónica ordinaria en un material del mundo real.

Un equipo de físicos dirigido por Ryohei Oka de la Universidad de Ehime ha medido lo que se conoce como electrones de Dirac en un polímero superconductor llamado dietilenditiotetratiavulvalina. Estos son electrones que existen en condiciones que les hacen carecer de masa, lo que les permite comportarse como fotones y oscilar a la velocidad de la luz.

Los investigadores dicen que este descubrimiento permitirá una mejor comprensión de los materiales topológicos, que son materiales cuánticos que actúan como aislante electrónico en el interior y conductor en el exterior.

Los superconductores, semiconductores y materiales topológicos son cada vez más importantes, especialmente en lo que respecta a sus posibles aplicaciones en ordenadores cuánticos. Pero todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre estos materiales y su comportamiento.

Los electrones de Dirac se refieren a electrones antiguos comunes que se encuentran en condiciones inusuales que requieren una dosis de relatividad especial para comprender los comportamientos cuánticos. Aquí, la interferencia de los átomos coloca algunos de sus electrones en un espacio extraño que les permite rebotar alrededor de materiales con una excelente eficiencia energética.

Fueron formuladas a partir de las ecuaciones del físico teórico Paul Dirac hace casi un siglo, y ahora sabemos que existen: lo eran. Detectado en grafenoAl lado de Otros materiales topológicos.

Sin embargo, para explotar el potencial de los electrones de Dirac, necesitamos comprenderlos mejor, y aquí es donde los físicos se enfrentan a un obstáculo. Los electrones de Dirac coexisten con los electrones estándar, lo que significa que detectar y medir una sola especie de manera inequívoca es extremadamente difícil.

Oka y sus colegas encontraron una manera de hacerlo aprovechando una propiedad llamada resonancia de espín electrónico. Los electrones son partículas cargadas que giran; Esta distribución periódica de carga significa que cada uno exhibe una dipolo magnético. Por lo tanto, cuando se aplica un campo magnético a un material, puede interactuar con el espín de cualquier electrón no apareado que contenga, cambiando su estado de espín.

Esta tecnología podría permitir a los físicos detectar y monitorear Electrones desapareados. Como descubrieron Oka y los otros investigadores, también se puede utilizar para observar directamente el comportamiento de los electrones de Dirac en la di(etilenditio)-tetravalina, distinguiéndolos de los electrones estándar como sistemas de espín diferentes.

El equipo descubrió que, para comprenderlo completamente, el electrón de Dirac debe describirse en cuatro dimensiones. Existen tres dimensiones espaciales estándar, a saber, los ejes x, y y z; Luego está el nivel de energía del electrón, que constituye la cuarta dimensión.

«Dado que las estructuras de dominio 3D no se pueden visualizar en el espacio 4D», Los investigadores explican en su artículo.«, «El método de análisis propuesto aquí proporciona una forma general de proporcionar información importante y fácil de entender sobre las estructuras de bandas que no se puede obtener de otra manera».

Al analizar el electrón de Dirac en función de estas dimensiones, los investigadores pudieron descubrir algo que no sabíamos antes. Su velocidad de movimiento no es constante; Más bien depende de la temperatura y del ángulo del campo magnético dentro del material.

Esto significa que ahora tenemos otra pieza del rompecabezas que nos ayuda a comprender el comportamiento de los electrones de Dirac, lo que puede ayudar a aprovechar sus propiedades en tecnologías futuras.

La investigación del equipo ha sido publicada en Proporcionar materiales.