Un grupo de científicos ha descubierto una nueva cuasipartícula de cuatro cuerpos, el cuadruplón, en un semiconductor 2D. El hallazgo fue publicado en eLight el 20 de abril.
La investigación la lideró el profesor Cun-Zheng Ning, de la Universidad Tecnológica de Shenzhen y la Universidad Tsinghua, en China. Usaron experimentos láser y teoría avanzada.
Todo empezó con una capa de disulfuro de molibdeno, tan delgada como una molécula, colocada entre capas de nitruro de boro y conectada a un electrodo metálico.
Esta estructura permitió a los científicos controlar las cargas dentro del material y observar cómo cambiaba su respuesta óptica al aplicar diferentes voltajes en el “gate”.
Para estudiar el material, usaron una técnica llamada bomba-sonda: un pulso fuerte excita los electrones y luego un pulso más débil mide cómo cambia el material.
Así, pudieron detectar cómo los electrones formaban diferentes cuasipartículas como excitones, triones o biexcitones, y observar los estados finales donde aparecen combinaciones de cuatro partículas.
Estos experimentos son delicados porque las cuasipartículas viven apenas unos picosegundos. Por eso, el pulso sonda debe llegar casi de inmediato para captarlas.
Durante los ensayos, los científicos variaron todo: voltaje, intensidad de los pulsos, tiempo de espera, energía de los láseres y temperatura de las muestras.
Normalmente, se esperaban dos picos en el espectro de absorción, pero esta vez vieron al menos seis picos nuevos debajo del excitón, lo cual fue una sorpresa total.
Cun-Zheng Ning explicó que descartaron errores por defectos en las muestras porque repitieron las pruebas en cinco muestras perfectas y los picos siempre aparecían.
Además, midieron cómo cambiaban los espectros con la temperatura y la potencia del láser, y todo indicaba que estos picos eran algo real y robusto.
Después de confirmar la existencia de los nuevos picos, intentaron explicarlos usando las teorías conocidas sobre excitones, triones y biexcitones, pero ninguna encajaba del todo.
Entonces, desarrollaron una nueva teoría considerando todas las posibles interacciones de Coulomb entre dos electrones y dos huecos, y ¡sorpresa! ahora sí explicaban todo.
Ning y su equipo no se conformaron. Querían entender mejor qué exactamente causaba esos nuevos picos, así que usaron un método más intuitivo: la expansión de clústeres.
Con esta técnica, pudieron “encender y apagar” diferentes combinaciones de partículas para ver cuál era responsable de los espectros que observaban.
Finalmente, descubrieron que el cuarto orden de clúster, con dos electrones y dos huecos, era el que generaba las nuevas señales. No se podía reducir a sistemas más simples.
Así nació el quadruplón, un cuasipartícula genuina de cuatro cuerpos, confirmada tanto por la teoría como por los experimentos.
El equipo ahora quiere buscar quadruplones en otros materiales y estudiar sus propiedades de emisión de luz, que podrían revelar nuevas maravillas cuánticas.