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Se ha descubierto una nueva sustancia cuántica bidimensional. El material consta de capas atómicamente delgadas de cerio, silicio y yodo (CeSiI) y es el primer ejemplo de un material bidimensional con fermiones pesados. Así lo afirma un nuevo estudio publicado en Naturaleza de la Universidad de Uppsala y otros científicos de materiales.
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Los electrones del CeSiI se comportan como si tuvieran una masa hasta 100 veces mayor que la de los electrones de los materiales ordinarios. Por eso se les llama fermiones pesados. Lo especial del CeSiI es que esta masa efectiva es anisotrópica, es decir, 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 ocuparon principalmente de la investigación teórica de las propiedades cuánticas de los electrones del material.
Una familia de materiales en la que los electrones interactúan muy fuertemente son los compuestos de fermiones pesados. Para ello, coordinan sus movimientos en las llamadas fluctuaciones cuánticas. Debido a esta interacción, los electrones se comportan como si tuvieran entre 100 y 1.000 veces más masa que los electrones de los materiales típicos.
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 la investigación sobre materiales que contienen fermiones pesados se lleva realizando durante décadas, la atención se ha centrado en materiales con átomos muy próximos entre sí en tres dimensiones. Los investigadores de la Universidad de Uppsala recurrieron por primera vez a materiales a base de cerio en la década de 1970 con considerable éxito.
Sin embargo, el nuevo material, sintetizado en un laboratorio de la Universidad de Columbia, destaca por tener una estructura cristalina bidimensional con capas distintas y atómicamente delgadas. Las capas, que por primera vez representan un material bidimensional con fermiones pesados, están compuestas de cerio, silicio y yodo (CeSiI).
Ong concluyó: “Con este descubrimiento, ahora contamos con una plataforma de materiales significativamente mejorada para estudiar estructuras electrónicas correlacionadas. Los materiales 2D son como un set de construcción hecho con piezas de LEGO. Nuestros socios ya están trabajando para añadir 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
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