¿Qué es un Exciton?

Si lees la literatura científica, verás las conocidas partículas subatómicas que aprendiste en la escuela: protones, neutrones y electrones. Si eres lo suficientemente joven, verás otras de las que probablemente también hayas oído hablar, como los quarks y los gluones. Pero últimamente ha habido mucho revuelo en torno a los excitones e incluso algunos circuitos de transistores demostraron que los usan. ¿Pero qué es un excitón?

En realidad suena como una partícula subatómica, pero es un poco más complicado que eso. Un excitón es un estado de unión de un electrón y un agujero de electrón y es técnicamente un bosón. Probablemente estés familiarizado con la idea de un agujero de electrón de la física de los semiconductores. Técnicamente, es una cuasipartícula. La razón por la que los científicos están interesados en la bestia es que puede transportar energía sin transportar carga eléctrica neta. Es decir, el estado en sí mismo es neutro, pero también contiene energía.


Tiempos emocionantes para una partícula exótica

Este dibujo animado de un minuto de duración de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) es una buena forma de entender por qué las excitaciones son emocionantes.

La EPFL tuvo el gran avance el año pasado que permitió el uso de transistores de excitación a temperatura ambiente. El artículo que explica todo esto no es tan entretenido, pero se puede encontrar como “Control eléctrico a temperatura ambiente del flujo de excitación en una heteroestructura de van der Waals” en los lugares habituales (https://doi.org/10.1038/s41586-018-0357-y).

Una forma de formar un excitón es golpear un material con un fotón por encima de su energía de banda. Esto mueve un electrón de la banda de valanceo a la banda de conducción. El nuevo punto en la banda de conducción es el electrón y el agujero de la banda de valencia está unido al electrón por una fuerza electrostática. En particular, la atracción del agujero a todos los electrones circundantes mantiene todo estable. También consume un poco de la energía del par.

Extrañamente, los excitadores no son nuevos. Fueron propuestos por primera vez en 1931 por un tipo llamado Yakov Frenkel (en la foto). En realidad estaba describiendo algo observado por H. H. Poole que involucraba la conducción en los aisladores. De hecho, Frenkel introdujo la idea de un agujero en la física vernácula y ciertos tipos de agujeros todavía se conocen como defectos de Frenkel.

El trabajo continúa para hacer que las excitadoras sean prácticas. Cornell anunció recientemente que aumentaron significativamente la temperatura de condensación de las excitadoras (de 1 kelvin a 100 kelvin; todavía está muy lejos de la temperatura ambiente).


Esperar es la parte más difícil

¿Qué significará esto para nosotros? Nada esta semana. Pero algún día en el futuro, el CI que estás usando podría aprovechar estas partículas exóticas. Mientras que eso puede sonar descabellado, imagínese lo loco que le habría sonado a un diseñador de radio a válvulas en los años 30 que en sólo unas décadas tendríamos algo que actuara como una válvula, que encajara en su uña y que fuera totalmente resistente en comparación con una válvula.

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