09/Jun/08

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Científicos del Instituto Weizmann encuentran nuevas 'cuasipartículas'

Los físicos del Instituto Weizmann han demostrado, por primera vez, la existencia de "cuasipartículas" con un cuarto de la carga de un electrón

Este hallazgo podría ser un primer paso hacia la creación de exóticos tipos de computadoras cuánticas que pueden ser poderosas, aunque muy estables.

Las cargas de electrón muy pequeñas fueron pronosticadas hace más de 20 años bajo condiciones que existen en el llamado efecto cuántico Hall, y fueron encontradas por el grupo de Weizmann hace aproximadamente diez años. Aunque los electrones son indivisibles, si están confinados en una capa de dos dimensiones dentro de un semiconductor, congelado a una fracción de grado por encima del cero absoluto y expuesto a un poderoso campo magnético que es perpendicular a la capa, efectivamente se comportan como partículas independientes, llamadas cuasipartículas, con cargas menores a la de un electrón. Pero hasta ahora, estas cargas siempre habían sido fracciones con denominadores raros: un tercio de electrón, un quinto, etcétera.

El experimento realizado por el estudiante de investigación Merav Dolev en el grupo del profesor Moty Heiblum, en colaboración con los doctores Vladimir Umansky y Diana Mahalu, y el profesor Ady Stern, todos del Departamento de Física de Materia Condensada, debe el hallazgo de las cuasipartículas de un cuarto de carga a una configuración sumamente precisa y propiedades únicas del material: El arsenide de galio que produjeron para el semiconductor era uno de los más puros en el mundo. Los científicos ajustaron la densidad de electrones en la capa bidimensional, en la que fueron confinados unos tres mil millones de electrones en el espacio de un milímetro cuadrado, de forma que había cinco electrones por cada dos flujos de campo magnético. El dispositivo que crearon tiene la forma de un reloj de arena aplanado, con una "cintura" angosta en el medio que permite que sólo pase una pequeña cantidad de partículas cargadas a la vez. El "ruido de disparo" que se producía cuando algunas pasaban y otras rebotaban causaba fluctuaciones en la corriente, proporcionales a las cargas que pasaban, y eso les permitió a los científicos medir con exactitud la carga de las cuasipartículas.

Las cuasipartículas de un cuarto de carga actúan de manera muy diferente que las partículas raras ligeramente cargadas, y por eso han sido buscadas como la base de la teórica "computadora cuántica topográfica". Cuando las partículas como los electrones, los fotones, e incluso las que tienen cargas raras muy pequeñas cambian de lugar entre sí, hay muy poco efecto en conjunto. Por contraste, los intercambios de las partículas con un cuarto de carga podrían tejer una "trenza" que preserva la información de la historia de las partículas. Para ser útiles para las computadoras cuánticas basadas en la topología, se debe demostrar que las partículas de un cuarto de carga tienen propiedades "no-Abelian", es decir que el orden del trenzado debe ser significante. Estas sutiles propiedades son sumamente difíciles de observar. Heiblum y su equipo están ahora trabajando en el diseño de configuraciones experimentales para probar estas propiedades.

La investigación del profesor Moty Heiblum es apoyada por el Joseph H. and Belle R. Braun Center for Submicron Research. El profesor Heiblum es el titular del Alex and Ida Sussman Professorial Chair in Submicron Electronics.

El Instituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, Israel, es una de las instituciones de investigación multidisciplinaria de más alto nivel en el mundo. Famosa por su amplia exploración de las ciencias naturales y exactas, el Instituto congrega a 2.600 científicos, estudiantes, técnicos y personal de soportes. Los esfuerzos de investigación del Instituto incluyen la búsqueda de nuevas maneras de luchar contra la enfermedad y el hambre, examinar las principales cuestiones en matemática y ciencia informática, sondear la física de la materia y el universo, crear materiales nuevos y desarrollar nuevas estrategias para proteger el medio ambiente.

Fuente: Wander Weizmann. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard