Crean el primer ‘electrón líquido’ a temperatura ambiente

Físicos de UC Riverside crean un exótico líquido electrónico.

La primera producción de un líquido electrónico a temperatura ambiente abre el camino para nuevos dispositivos optoelectrónicos y estudios de física básica.

Al bombardear un sándwich semiconductor ultrafino con poderosos pulsos de láser, los físicos de la Universidad de California, Riverside, crearon el primer “líquido electrónico” a temperatura ambiente.

El logro abre un camino para el desarrollo de los primeros dispositivos prácticos y eficientes para generar y detectar luz en longitudes de onda de terahertz, entre la luz infrarroja y las microondas.

Dichos dispositivos podrían usarse en aplicaciones tan diversas como las comunicaciones en el espacio exterior, la detección de cáncer y la búsqueda de armas ocultas.

La investigación también podría permitir la exploración de la física básica de la materia en escalas infinitesimalmente pequeñas y ayudar a iniciar una era de metamateriales cuánticos, cuyas estructuras están diseñadas en dimensiones atómicas.

Los físicos de la UCR publicaron sus hallazgos en la revista Nature Photonics.

Fueron dirigidos por el Profesor Asociado de Física Nathaniel Gabor, quien dirige el Laboratorio de Optoelectrónica de Materiales Cuánticos de la UCR.

Otros coautores fueron los miembros del laboratorio Trevor Arp y Dennis Pleskot, y el Profesor Asociado de Física y Astronomía Vivek Aji.

En sus experimentos, los científicos construyeron un emparedado ultrafino del semiconductor molibdeno ditelluride entre capas de grafeno de carbono.

La estructura en capas era ligeramente más gruesa que el ancho de una única molécula de ADN.

Luego bombardearon el material con pulsos de láser súper rápidos, medidos en cuatrillones de un segundo.

“Normalmente, con semiconductores como el silicio, la excitación con láser crea electrones y sus orificios cargados positivamente que se difunden y se desplazan en el material, que es como se define un gas”, dijo Gabor.

Sin embargo, en sus experimentos, los investigadores detectaron evidencia de condensación en el equivalente de un líquido.

Un líquido de este tipo tendría propiedades similares a los líquidos comunes, como el agua, excepto que consistiría, no en moléculas, sino en electrones y agujeros en el semiconductor.

“Estábamos aumentando la cantidad de energía que se descargaba en el sistema, y ​​no vimos nada, nada, nada.

Luego, de repente, vimos la formación de lo que llamamos un” anillo de fotocorriente anómalo “en el material”, dijo Gabor.

“Nos dimos cuenta de que era un líquido porque crecía como una gota, en lugar de comportarse como un gas”.

“Lo que realmente nos sorprendió, sin embargo, fue que sucedió a temperatura ambiente”, dijo.

“Anteriormente, los investigadores que habían creado tales líquidos de agujero de electrones solo habían podido hacerlo a temperaturas más bajas que incluso en el espacio profundo”.

Dijo Gabor que las propiedades electrónicas de tales gotas permitirían el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos que operan con una eficiencia sin precedentes en la región terahertz del espectro.

Las longitudes de onda de los terahercios son más largas que las infrarrojas, pero más cortas que las microondas, y ha existido una “brecha de terahercios” en la tecnología para utilizar dichas ondas.

Las ondas de terahercios se podrían usar para detectar cánceres de piel y caries dentales debido a su limitada penetración y su capacidad para resolver las diferencias de densidad.

De manera similar, las ondas podrían usarse para detectar defectos en productos como las tabletas con drogas y para descubrir armas ocultas debajo de la ropa.

Los transmisores y receptores también podrían usarse para sistemas de comunicación más rápidos en el espacio exterior.

Y, el líquido de agujero de electrones podría ser la base para las computadoras cuánticas, que ofrecen el potencial de ser mucho más pequeñas que los circuitos basados ​​en silicio que ahora están en uso, dijo Gabor.

De manera más general, dijo Gabor, la tecnología utilizada en su laboratorio podría ser la base para diseñar “metamateriales cuánticos” con dimensiones de escala atómica que permitan la manipulación precisa de los electrones para que se comporten de nuevas formas.

En estudios posteriores sobre los “nanoplásticos” de agujero de electrones, los científicos explorarán sus propiedades líquidas, como la tensión superficial.

“En este momento, no tenemos idea de cuán líquido es este líquido, y sería importante averiguarlo”, dijo Gabor.

Gabor también planea usar la tecnología para explorar fenómenos físicos básicos.

Por ejemplo, enfriar el líquido del orificio de electrones a temperaturas ultra bajas podría hacer que se transforme en un “fluido cuántico” con propiedades físicas exóticas que podrían revelar nuevos principios fundamentales de la materia.

En sus experimentos, los investigadores utilizaron dos tecnologías clave.

Para construir los sándwiches ultrafinos de molibdeno ditellurida y carbón grafeno, utilizaron una técnica llamada “estampado elástico”.

En este método, se utiliza una película de polímero pegajoso para recoger y apilar capas de grafeno y semiconductores de espesor atómico.

Y tanto para bombear energía en el sándwich semiconductor como para visualizar los efectos, utilizaron “microscopía de fotorrespuesta dinámica de parámetros múltiples” desarrollada por Gabor y Arp.

En esta técnica, se manipulan haces de rayos láser ultrarrápidos para escanear una muestra y mapear ópticamente la corriente generada.

Fuente: UC Riverside News