Científicos descubren la naturaleza cuatridimensional de los electrones Dirac

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Científicos descubren la naturaleza cuatridimensional de los electrones Dirac

Ilustración que representa a los electrones de Dirac moviéndose en 4 dimensiones. / Robotitus

Un equipo de físicos de la Universidad de Ehime en Japón, liderado por Ryuhei Oka, ha logrado aislar el esquivo comportamiento de los electrones Dirac en un material del mundo real, separándolo de las actividades más comunes de los electrones. El avance científico, documentado en la revista Materials Advances, se centra en un polímero superconductor conocido como bis(ethylenedithio)-tetrathiafulvalene.

 

Electrones de Dirac

Las partículas conocidas como electrones Dirac, en circunstancias específicas, exhiben un comportamiento que sugiere una carencia de masa, lo que les permite moverse a velocidades comparables a la de la luz, similar a los fotones. Esta particularidad los hace objeto de un profundo interés en el ámbito de la investigación de materiales topológicos, los cuales se comportan como aislantes en su interiorconductores en su superficie.

Este hallazgo nos permite mejorar nuestros conocimientos sobre los materiales cuánticos, especialmente los superconductores, semiconductores y materiales topológicos. Estos últimos son cada vez más relevantes debido a su posible aplicación en la computación cuántica. No obstante, el comportamiento de estos materiales sigue siendo en gran medida desconocido.

Los electrones Dirac, llamados así en honor al físico Paul Dirac hace casi un siglo, fueron identificados por primera vez en el grafeno y otros materiales topológicos. Para aprovechar su potencial, es fundamental comprenderlos mejor. Sin embargo, esto es complicado debido a que en los mismos materiales coexisten electrones Dirac y electrones estándar, lo que dificulta su detección y medición.

Los electrones Dirac, nombrados así por el físico Paul Dirac hace casi un siglo, han sido previamente detectados en el grafeno y otros materiales topológicos. Para aprovechar su potencial, es crucial entenderlos mejor, una tarea complicada por la coexistencia de electrones Dirac y estándar en los mismos materiales, lo que dificulta su detección y medición.

 

La investigación 

El equipo de Oka empleó la resonancia de espín electrónico, una propiedad que se basa en el giro de los electrones, generando un dipolo magnético. Este enfoque les permitió a los investigadores observar directamente el comportamiento de los electrones Dirac en el bis(ethylenedithio)-tetrathiafulvalene, diferenciándolos de los electrones convencionales.

De manera sorprendente, se descubrió que para comprender completamente a los electrones Dirac, es necesario describirlos en cuatro dimensiones: las tres dimensiones espaciales (x, y, z) y el nivel de energía del electrón, que representa la cuarta dimensión. Así, será posible representar información crucial sobre las estructuras de banda que de otro modo sería inaccesible.

El estudio reveló que la velocidad de movimiento de los electrones Dirac no es constante, sino que varía según la temperatura y el ángulo del campo magnético dentro del material. Esta información añade una pieza fundamental al rompecabezas de la física de los electrones Dirac, abriendo nuevas posibilidades para su aplicación en tecnologías futuras. Los próximos avances transformarán la electrónica y la computación cuántica tal como las conocemos.

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