Investigadores de la Universidad de Uppsala y otros colaboradores descubrieron un nuevo material cuántico bidimensional en un estudio publicado recientemente en Nature. El innovador material, compuesto de capas atómicamente delgadas de cerio, silicio y yodo (CeSiI), marca la primera vez que aparece un material bidimensional con fermiones pesados.
"Los electrones del CeSiI son 100 veces más masivos que los de los materiales ordinarios. Por eso se les llama fermiones pesados". "Lo especial del CeSiI es que esta masa efectiva es anisotrópica y depende de la dirección en la que se mueven los electrones en la capa atómica", dijo Chin-ShenOng, uno de los investigadores de la Universidad de Uppsala detrás del estudio.
El estudio es el resultado de una colaboración entre investigadores de la teoría de materiales de la Universidad de Uppsala e investigadores de la Universidad de Columbia en Estados Unidos. Para los investigadores de materiales de la Universidad de Uppsala, el principal problema es estudiar teóricamente las propiedades cuánticas de los electrones en los materiales.
Los antecedentes y la importancia de los fermiones pesados.
Los compuestos de fermiones pesados son una clase de materiales con interacciones electrónicas extremadamente fuertes. Al hacerlo, se mueven con movimientos coordinados en las llamadas fluctuaciones cuánticas. Esta interacción hace que los electrones sean 100 o 1000 veces más masivos que los electrones de los materiales ordinarios. Se cree que estas fluctuaciones cuánticas desempeñan un papel importante en muchos fenómenos cuánticos hasta ahora inexplicables, como la superconductividad no convencional (donde la corriente eléctrica puede atravesar materiales sin perder energía) y el magnetismo.
Los materiales de fermiones pesados se han estudiado durante décadas, pero hasta ahora la atención se ha centrado en materiales en los que los átomos están estrechamente empaquetados en estructuras tridimensionales. Ya en los años 70, los investigadores de la Universidad de Uppsala empezaron a centrarse en materiales a base de cerio y lograron un gran éxito.
Sin embargo, el nuevo material, sintetizado en un laboratorio de la Universidad de Columbia, es único porque tiene una estructura cristalina bidimensional con una clara separación entre las capas y un espesor atómico muy fino. Las capas, compuestas por capas de cerio, silicio y yodo (CeSiI), son el primer material bidimensional con fermiones pesados.
"Con este descubrimiento, ahora disponemos de una plataforma de materiales muy mejorada con la que estudiar estructuras electrónicas relevantes. Los materiales 2D son como ladrillos de Lego. Nuestros socios ya están trabajando para añadir capas de otros materiales 2D para crear un nuevo material con propiedades cuánticas adaptadas", afirma Chin-ShenOng.
Fuente compilada: ScitechDaily