Jaun-andreok: hona hemen eszitonioa, materiaren egoera berria

Juanma Gallego

Duela 50 urte aurreikusitako materiaren egoera berria egiaztatu dute zientzialariek, bereizmen handiko elektroskopia erabilita. Elektroi baten eta elektroi horrek berak atzean utzitako hutsunearen arteko lotura bitxian oinarritzen da eszitonioa.

Denbora gutxian, gauzak asko konplikatu dira unibertsoaren eskala txikienetan. 1930eko hamarkadara arte protoiak, neutroiak, elektroiak eta fotoiak baino ez zeuden testu liburuetan. Partikula horien bitartez, zientzialariak gai ziren natura bere osotasunean azaltzeko. Fotoiak alde batera utzita, kalean inkesta bat eginez gero, seguruenera horiek izango dira “nola osatuta dago materia?” galderari gehienek emango geniokeen erantzuna. Eskola garaietako eskemak berehala datoz burura; eguzki sistema baten antzera osatuta dagoen atomoaren irudi polit hori: protoiak eta neutroiaz osatutako “eguzki” bat, eta inguruan dantzan dabiltzan elektroiak, planetak balira bezala.

1. irudia: Eszitonioaren irudikapena. Egoera ordenatua urdinez marraztu dute, eta, eszitoiak, hori kolorez. (Argazkia: Peter Abbamonte / Ilinoisko Unibertsitatea)

Fisikariek badakite, ordea, gauzak askoz konplexuagoak direla. Bai protoiak zein neutroiak quark izeneko oinarrizko partikula txikiez osatuta daudelako, baina askoz partikula gehiago daude. Horrenbeste, ezen “partikulen zooa” kontzeptua asmatu baitzen.

Gehienak, laborategian fisikariek marraztutako koadernotan ageri ziren, eta esperimentuen bitartez horien existentzia frogatzen aritu dira. Matematika baliatuz, mundua osatzen duten adreiluak zeintzuk diren asmatzen eta ordenatzen aritu dira fisikariak. Horrela jaio zen gaur eredu estandar gisa ezagutzen duguna.

Eredu estandarrean, oinarrizko 12 partikulek osatzen dute materia, eta horiek loturik egotea ahalbidetzen duten indarren partikulak ere badira. “Ez da munduaren errepresentaziorik garbiena, baina datu guztiek bat egiten dute”, Sean Carroll fisikari ezagunaren esanetan. Hori guztia Lurreko eskalei dagokienean, Carrollek berak The Particle at the End of the Universe liburuan aitortzen duenez. Izan ere, unibertsoaren handitasunean gertatzen diren fenomenoak azaltzeko materia eta energia ilunaren kontzeptuetara jo beharra dago, ezinbestean.

2012an LHC Hadroien Talkagailu Handian Higgs bosoia aurkitu zutenean, eredu estandar horretan aurkitzeko zegoen azken partikula bezala aurkeztua izan zen. Baina argitu gabeko eremuak geratzen ziren. Ezagunenak, arestian aipatutako materia eta energia ilunak. Argitzeko dauden beste eremu zehatzagoak badira. Tartean, gaurkoan mintzagai daukagun exzitonioa.

Elektroiaren dantza

Ezagunak dira materiaren egoera arruntak: solidoa, likidoa eta gasa. Hain ezaguna ez bada ere, plasma ere materiaren laugarren egoera bezala ezagutzen da. Gasak tenperatura altua hartzen duenean, bertako atomo gehienak ionizatu egiten dira. Egoera horretan daude izarrak, gure Eguzkia barne.

Horietaz gain, ordea, beste egoera bereziak ere badira: fluido superkritiko deritzenak, edota Bose-Einsteinen eta Fermiren kondentsatuak. Baina orain, zerrenda horri egoera berri bat gehitu behar zaio: eszitonioa.

Harvardeko Unibertsitateko (AEB) fisikari Bert Halperin matematikariak materiaren egoera hau aurreikusi zuen 1960ko hamarkadan, beti ere maila teorikoan. Halperinen proposamenaren arabera, elektroi batek eta elektroi horrek utzitako eremu hutsak osatutako egoera bat egon behar zen. Halere, lehen hurbilpena Yakol Frenkel fisikariak egin zuen, 1931n.

2. irudia: 2. irudia. Aurkikuntzan parte hartu duten ikertzaileak: Mindy Rak, Peter Abbamonte eta Anshul Kogar. Irudia: (Argazkia: Brian Stauffe / Illinoisko Unibertsitatea)

Proposamena mahai gainean jarri zenetik, fisikariak ez dira ados jarri materiaren egoera berri horrek izan beharko lituzkeen ezaugarrien inguruan. Batzuen ustez, isolatzailea izango litzateke; beste batzuek eroalea edo superfluidoa izango litzatekeela esan zuten. Orain, Illinoisko Unibertsitateko (AEB) ikertzaileek aurrenekoz egoera horren existentzia frogatzea lortu dutela jakinarazi dute Science aldizkarian.

Duela 50 urte inguru Halperinek aurreikusi zuen bezala, erdieroale diren materialetan, kitzikatuak direnean, elektroiek atomoaren hurrengo energia mailara jauzi egiteko gaitasuna dute. Alabaina, atzean utzitako tarte horretan hutsune bat uzten dute. Hutsune horrek karga positiboa duen partikula baten funtzioa betetzen du, eta jauzi egin duen elektroia erakartzen du. Indar elektrostatikoari esker, lotuta mantentzen dira bai elektroia zein atzean utzitako hutsunea. Karga negatiboaren eta positiboaren arteko lotura honek konposatutako partikula osatzen du: eszitoia.

Titanio diselenioa (TiSe2) konposatuaren azterketa baliatu dute egoera horren existentzia frogatzeko. Orain arte halako estrukturak ongi bereizteko moduko teknologiarik ez zegoela eta, bereizmen handiagoko elektroskopia berezia garatu behar izan dute. Seguruenera, ez da halako materiala lortu den aurreneko aldia, zientzialariak aspaldi dabiltzalako horren bila, baina bai da aurreneko aldia ziurtasunez frogatu dela. Ikertzaileek diotenez, bost aldiz lortu dute emaitzak errepikatzea, kristal mota desberdinak erabilita. Batez ere, aurrean zeukatena Peierls-en fasea izenekoa ala eszitonioa ote zen bereiztea ezinezkoa izan da orain arte, bi fenomenotan kristaletan antzeko simetriak marrazten direlako.

Ikertzaileek orain aurrean duten erronka da topatu berri duten egoera honen ezaugarriak arretaz aztertzea, bertatik atera daitezkeen aplikazio teknologikoak garatu ahal izateko. Halere, egileek aitortu dutenez, aplikazio hauek “guztiz espekulatiboak” dira, eta, batez ere, mekanika kuantikoaren misterioak argitzeko baliagarria izango dela aurreratu dute.

Erreferentzia bibliografikoa:

Kogar, Anshul et a. Signatures of exciton condensation in a transition metal dichalcogenide. Science, 2017; 358 (6368): 1314 DOI: 10.1126/science.aam6432

———————————————————————————-

Egileaz: Juanma Gallego (@juanmagallego) zientzia kazetaria da.

———————————————————————————-

Iruzkin 1

Eman iritzia

Asteon zientzia begi-bistan #182 - Zientzia Kaiera

[…] Duela 50 urte aurreikusitako materiaren egoera berria egiaztatu dute zientzialariek, bereizmen handiko elektroskopia erabilita. Illinoisko Unibertsitateko (AEB) ikertzaileek aurrenekoz elektroi baten eta elektroi horrek berak atzean utzitako hutsunearen arteko egoera existentzia frogatzea lortu dute: eszitonioa. Titanio diselenioa (TiSe2) konposatuaren azterketa baliatu dute egoera horren existentzia frogatzeko. Orain topatu berri duten egoera honen ezaugarriak arretaz aztertuko dituzte, bertatik atera daitezkeen aplikazio teknologikoak garatu ahal izateko. Datu guztiak Juanma Gallegoren eskutik: Jaun-andreok: hona hemen eszitonioa, materiaren egoera berria. […]

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>