Se ha descubierto una nueva sustancia cuántica bidimensional. El material está compuesto por finas capas de cerio, silicio y yodo (CeSiI) y es el primer ejemplo de un material bidimensional con fermiones pesados. Así lo informa un nuevo estudio publicado en Naturaleza por Universidad de Upsala y otros expertos en ciencia de materiales.
Los electrones del CeSiI se comportan como si fueran hasta 100 veces más masivos que los electrones de los materiales ordinarios. Por eso se les llama fermiones pesados. Lo más especial del CeSiI es que su masa efectiva es anisotrópica, lo que depende de la dirección en la que se mueven los electrones en las capas atómicas.
Chin-Shen Ong, investigador, Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Uppsala
El estudio es una asociación entre investigadores de teoría de materiales de la Universidad de Uppsala y la Universidad de Columbia, en Estados Unidos. Los investigadores de materiales de la Universidad de Uppsala se ocupaban principalmente de investigar teóricamente las características cuánticas de los electrones del material.
Una familia de materiales en los que los electrones interactúan fuertemente se conoce como compuestos de fermiones pesados. Para lograrlo, coordinan sus movimientos en las llamadas fluctuaciones cuánticas. Los electrones se comportan como si tuvieran hasta 100 o 1000 veces más masa que los electrones de los materiales típicos debido a esta interacción.
Se cree que muchos fenómenos cuánticos aún inexplicables, incluido el magnetismo y la superconductividad no convencional (la capacidad de una corriente eléctrica de fluir a través de un material sin perder energía), están significativamente influenciados por estas fluctuaciones cuánticas.
Aunque ha habido décadas de investigación sobre materiales que contienen fermiones pesados, hasta ahora el énfasis se ha puesto en materiales con átomos muy próximos entre sí en tres dimensiones. Con considerable éxito, los investigadores de la Universidad de Uppsala centraron su atención en los años 1970 en materiales a base de cerio.
Sin embargo, el nuevo material, sintetizado en un laboratorio de la Universidad de Columbia, se distingue porque tiene una estructura cristalina que se asemeja a dos dimensiones con capas distintas y delgadas como un átomo. Las capas, que son el primer ejemplo de un material bidimensional con fermiones pesados, están hechas de cerio, silicio y yodo (CeSiI).
Ong concluyó: “Con este descubrimiento, ahora contamos con una plataforma material significativamente mejorada para investigar estructuras electrónicas correlacionadas. Los materiales 2D son como un kit de construcción con ladrillos LEGO. Nuestros socios ya están trabajando para agregar capas de otros materiales 2D para crear un nuevo material con propiedades cuánticas personalizadas.«
Referencia de la revista:
Posey, Virginia, et. Alabama. (2024) Fermiones pesados bidimensionales en el metal CeSiI de van der Waals. Naturaleza. doi:10.1038/s41586-023-06868-x.
Fuente: https://www.uu.se/en
