Investigadores acaban de describir un nuevo material único: el aislante correlacionado bosónico, un estado completamente nuevo de la materia. El hallazgo fue llevado a cabo por un equipo de científicos de la Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB) liderado por los físicos Chenhao Jin y Richen Xiong.

Utilizando una red formada por una capa de diseleniuro de tungsteno y una capa de disulfuro de tungsteno, colocadas una encima de la otra, los científicos lograron una ligera desalineación que generó un patrón muaré, revelando algunas propiedades interesantes. Los detalles fueron publicados en Science.

Bosones y fermiones

Para comprender la particularidad de este material, es necesario entender los bosones y los fermiones, las dos principales categorías a nivel cuántico. Los bosones, al igual que los fotones que transmiten fuerza, pueden compartir el mismo estado cuántico. Por otro lado, los fermiones, como los electrones, son partículas de materia y no pueden hacer eso. 

En general, trabajar con fermiones es más sencillo. Sin embargo, el objetivo principal de este trabajo era crear un nuevo material a partir de bosones que interactúan. Los fermiones también tienen espines cuánticos semienteros, a diferencia de los bosones, cuyos espines son enteros, lo cual añade más interés a la cuestión.

Cuando se unen dos fermiones, como un electrón cargado negativamente y un ‘agujero’ cargado positivamente (una ausencia de electrón), forman un excitón con un espín entero completo. Este en ocasiones se comporta como una partícula de bosón.

El descubrimiento

Mediante una técnica basada en la luz llamada “espectroscopia de sonda de bomba”, los investigadores crearon y estudiaron los comportamientos de los excitones en su sistema. Los electrones provenían del disulfuro de tungsteno y los ‘agujeros’ del diseleniuro de tungsteno.

Observaron que, cuando los excitones alcanzaban una cierta densidad impulsados por fuertes interacciones, ya no eran capaces de moverse. Esta inmovilidad condujo a la formación de un estado cristalino que actuaba como aislante, un fenómeno hasta ahora desconocido.

Este trabajo podría abrir el camino hacia la identificación de más materiales bosónicos y proporcionar una forma mejorada de estudiar los bosones en entornos reales, en contraposición a sistemas sintéticos. Aunque estos nuevos materiales no tendrían una aplicación práctica inmediata, ayudan a los científicos a comprender cómo se forma el universo.

Importancia

Es importante destacar las fuertes reacciones entre los excitones y las propiedades resultantes, que fueron generadas por el patrón de muaré enrejado y la espectroscopia de sonda de bomba. 

La física de la materia condensada busca comprender las razones detrás de las ricas propiedades de los materiales y explorar formas de manifestar estos comportamientos de manera más confiable.

A medida que los investigadores continúan adentrándose en los misterios del universo, es emocionante imaginar qué otros materiales fascinantes y estados de la materia podrían descubrir. El mundo de la ciencia de materiales es, en verdad, un tesoro oculto de descubrimientos infinitos.