O nouă stare a materiei, „excitoniu”, a fost descoperită de fizicieni

Cu decenii în urmă, oamenii de știință au teoretizat existenţa unei forme neobișnuite de materie pe care au denumit-o „excitoniu”. În prezent, datorită unor experimente inovatoare, cercetătorii au dovedit existența acesteia.

O nouă stare a materiei

Cercetătorii de la University of Illinois au anunțat descoperirea unei noi forme de materie: „excitoniu”. Această materie este formată dintr-un anumit tip de boson, o particulă compozită datorită căreia această stare a materiei se comportă ca un superfluid, supraconductor sau chiar ca un cristal electronic izolator.

„Excitoniu” – O nouă stare a materiei. Credit: Peter Abbamonte

Cercetătorii conduşi de profesorul Peter Abbamonte şi colegii lor de la University of California şi de la University of Amsterdam au lucrat împreună pentru a dovedi existența unei forme misterioase de materie, care a fost teoretizată cu mai bine de 50 de ani în urmă. Ei au descris modul prin care au detectat „excitoniul” în revista Science.

„Excitoniul” este un condensat alcătuit din „excitoni”, adică din perechi formate din electroni şi „goluri” care împreună se comportă ca o singură particulă. „Golurile” sunt locurile libere rămase în urma electronilor care părăsesc banda de valență, ultima bandă de stări energetice ocupate de electronii legați de atomi.

Această stare cuantică este posibilă în semiconductori, deoarece electronii dintr-un atom aflați pe un anumit nivel energetic pot să treacă, atunci când sunt excitați, pe următorul nivel energetic, lăsând în urmă un „gol”. Acest „gol” acționează ca o particulă încărcată electric pozitiv, atrăgând electronul, încărcat electric negativ, care a părăsit banda de valență.

Pentru a demonstra existența „excitonilor”, cercetătorii au studiat cristale dopate cu diselenid de titan din dicalcogenide (1T-TiSe2), un metal de tranziție. Ei au reușit să obţină acelaşi rezultat de cinci ori.

Misterele lumii cuantice

Până în prezent, oamenii de știință nu au avut instrumentele experimentale necesare pentru a cunoaşte cu certitudine dacă ceea ce detectează este într-adevăr „excitoniu” sau o altă fază similară a materiei.

Cu toate acestea, folosind o tehnică nouă, cercetătorii au reuşit să măsoare, pentru prima dată, excitațiile colective ale bosonilor cu energie redusă și ale perechilor electroni-goluri, indiferent de potențialul electric al acestora. Cu alte cuvinte, aceasta a fost prima observație a fazei care precede condensarea „excitonului”.

„Acest rezultat are o importanță deosebită. De când termenul „excitoniu” a fost inventat în anii 1960 de fizicianul teoretician Harvard Bert Halperin, fizicienii au încercat să demonstreze existența acestei faze a materiei. Teoreticienii au dezbătut îndelung asupra faptului dacă „excitoniul” este un izolator, un conductor perfect sau un superfluid.

Din anii 1970, mulți fizicieni experimentaliști au publicat diverse dovezi privind observarea „excitoniului”. Cu toate acestea, constatările lor nu au oferit dovada definitivă privind existenţa „excitoniului”, deoarece ele puteau fi consecința unei tranziții obişnuite de fază structurală”, a declarat Abbamonte într-un comunicat de presă.

Acum s-a demonstrat existența  „excitoniului”, care a fost observat în experimente, ceea ce înseamnă că proprietățile sale pot fi studiate în continuare. Sub formă de superconductor și superfluid, acest material ar putea fi folosit pentru îmbunătăţirea anumitor tehnologii.

În plus, analiza fenomenelor cuantice specifice „excitoniului”, ar putea contribui la o mai bună înţelegere a misterelor din fizica cuantică.

Sursă: Futurism