Electrones solitarios cabalgan por el mar de Fermi

Científicos franceses han conseguido generar un nuevo tipo de miniexcitaciones cuánticas, los levitones, en las que un solo electrón avanza como una ola por el océano de electrones de un nanoconductor. La investigación hace realidad una predicción formulada hace casi dos décadas y supone un avance hacia el desarrollo de la nanoelectrónica del futuro.

En 1834 el ingeniero escocés John Scott Russell observó en un canal de Edimburgo un curioso fenómeno. Cuando un barco en movimiento se paraba de repente, se generaba una ola solitaria o ‘solitón’, que podía seguir desde la orilla durante varios kilómetros a lomos de su caballo.

Ahora, investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia han conseguido algo parecido en el nanomundo cuántico, según publican en la revista Nature.

“Con sus experimentos, este equipo ha conseguido producir una onda electrónica que lleva un solo electrón sobre un mar de estas partículas –denominado mar de Fermi– en un conductor eléctrico de tamaño nanométrico”, explica a SINC Christian Flindt.

Este investigador de la Universidad de Ginebra (Suiza) destaca en un artículo paralelo la importancia del trabajo: “La capacidad de controlar electrones individuales en un conductor eléctrico allana el camino hacia la nueva tecnología cuántica y supone una pieza clave para la nanoelectrónica del futuro».

Llega el ‘levitón’

La onda o excitación cuántica obtenida se considera un tipo de cuasipartícula, que los científicos han bautizado como ‘levitón’ en honor a L.S. Levitov. Este investigador predijo en los años 90 que si se aplica un voltaje a un nanoelectrodo se podrían producir ‘olas’ electrónicas como las observadas ahora.

Según los autores, poder generar levitones a la carta es importante en el funcionamiento de los sistemas cuánticos, pero resulta particularmente difícil conseguirlo con los fermiones, un grupo de partículas al que pertenecen los electrones.

El motivo es que las perturbaciones que se inducían hasta ahora afectaban a todo el mar de Fermi, en lugar de a electrones individuales como lo logrado ahora al aplicar un determinado voltaje en un nanoconductor.

Referencia bibliográfica:

J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W.Wegscheider, P. Roulleau, D. C. Glattli: “Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons”. Christian Flindt:  “Single electrons pop out of the Fermi sea”. Nature, 24 de octubre de 2013.

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