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Juan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasMaría RibesGastón Giribetcuasipartículas con carga fraccionariaartículo nature sobre hall cuántico fraccionarioexcitones efecto hall cuántico fraccionarioNatureFrancis VillatoroHéctor SocasHechoFermiPlanckMaríapremio NobelBosch-EinsteinMasloffinefecto Hall cuántico fraccionariosiglo XIXefecto Hall cuánticogeometría de CorvinoCoulomb
Cuasipartículas con carga fraccionaria
Con
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Héctor Socas y Francis Villatoro retoman un tema pendiente de la semana anterior, las cuasipartículas con carga fraccionaria, refiriéndose a un artículo publicado en la revista Nature.
…de clausura? Sí, tengo aquí las jarras preparadas Tengo hula hops y jarras y todas las dos cosas juntas Pues muchas gracias por este rato que lo he pasado muy bien, ha sido muy interesante lo que me habéis explicado Un beso a todos Gracias Gracias, chao Muy bien, pues vamos con el siguiente tema, que realmente es un tema que se nos había quedado de la semana pasada y que, porque no nos dio tiempo de terminarlo, que son estas cuasipartículas, ¿no, Francis? Que pueden tener carga fraccionaria, porque claro, con las cuasipartículas puede pasar cualquier cosa que uno resulta chocante de las partículas reales, ¿no? Puede pasar cuasicosa cualquier cosa. Correcto. Bueno, en principio, esto es un artículo que se ha publicado en la revista Nature que se llama Excitones in the Fractional Quantum Hall Effect: son excitones en el efecto Hall cuántico fraccionario; es una idea que lleva ya propuesta de hace muchos años. Hay que recordar que el efecto Hall cuántico fraccionario ya recibió el premio Nobel, fue como en el 98, por trabajos realizados a nivel experimental a principios de los 80, 82, 83, etc. Los teóricos, justo después de que se observara este efecto, ahora…
Significado #1 · Palabras #5
Héctor Socas y Francis Villatoro retoman un tema pendiente de la semana anterior, las cuasipartículas con carga fraccionaria, refiriéndose a un artículo publicado en la revista Nature.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #5cuasipartículas con carga fraccionariaartículo nature sobre hall cuántico fraccionarioexcitones efecto hall cuántico fraccionario…de clausura? Sí, tengo aquí las jarras preparadas Tengo hula hops y jarras y todas las dos cosas juntas Pues muchas gracias por este rato que lo he pasado muy bien, ha sido muy interesante lo que me habéis explicado Un beso a todos Gracias Gracias, chao Muy bien, pues vamos con el siguiente tema, que realmente es un tema que se nos había quedado de la semana pasada y que, porque no nos dio tiempo de terminarlo, que son estas cuasipartículas, ¿no, Francis? Que pueden tener carga fraccionaria, porque claro, con las cuasipartículas puede pasar cualquier cosa que uno resulta chocante de las partículas reales, ¿no? Puede pasar cuasicosa cualquier cosa. Correcto. Bueno, en principio, esto es un artículo que se ha publicado en la revista Nature que se llama Excitones in the Fractional Quantum Hall Effect: son excitones en el efecto Hall cuántico fraccionario; es una idea que lleva ya propuesta de hace muchos años. Hay que recordar que el efecto Hall cuántico fraccionario ya recibió el premio Nobel, fue como en el 98, por trabajos realizados a nivel experimental a principios de los 80, 82, 83, etc. Los teóricos, justo después de que se observara este efecto, ahora…
Francis Villatoro explica cómo las cuasipartículas de carga fraccionaria en materiales bidimensionales se comportan como alones, continuando con la conversación sobre parapartículas mencionada en el episodio anterior.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #3efecto hall cuántico fraccionariocampo magnético intenso temperatura bajapremio nobel efecto hall cuánticoescalones conductividad campo magnéticografeno estados cuánticoscuasipartículas carga fraccionariapelículas delgadas principios ochentateoría efectiva materiales bidimensionalesmateriales bidimensionales alónicosestadística fraccionaria tipo alónparapartículas en hechocorrelaciones fuertes electronesinteracción electrones vueltecitas flujo magnéticomecanismo exacto proceso desconocido…vas teniendo escalones con diferentes valores enteros de ese número. Una vez ese número, dos veces, tres veces, cuatro veces y obtienes una especie de escalones en la conductancia. Esto es una cosa que es el efecto Hall cuántico, hoy en día se llama entero. es que en esos materiales enfriados a muy baja temperatura, cuando el campo magnético es suficientemente intenso, el campo magnético es transversal a esta cinta, resulta que aparecen también escalones que no deberían existir. son escalones que el salto es fraccionario pero fracciones de tipo 1 tercio, 2 quintos, 3 séptimos, eso por un lado y para otros niveles de campo magnético de tipo 2 tercios, 3 quintos, 4 séptimos Esto fue lo que se bautizó como el efecto Hall cuántico fraccionario, se descubrió a nivel experimental como alrededor del año 83 y ya os digo, acabó recibiendo el premio Nobel ¿Cómo entendemos estos estados aparentemente de carga fraccionaria en la ¿Conducción en un medio material? Esto aparece en medios materiales aproximadamente bidimensionales. A principios de los 80 se trabajó con películas muy delgadas, hoy en día lo hemos observado en materiales bidimensionales, por ejemplo en el grafeno y estos estados hoy en día son estados que se observan, pero no tenemos todavía una muy buena teoría física que explique estos estados. Tenemos una teoría de carácter efectivo que nos dice que las cuasipartículas en el material se comportan como partículas con carga fraccionaria lo que en un material 2D significa que se comportan como alones. Luego este artículo conecta con el que contamos la semana pasada, que habíamos hablado de parapartículas. Las partículas en 3D son fermiones o bosones. La semana pasada contamos que se ha propuesto y se ha publicado en Hecho que también podrían ser parapartículas, pero en 2D tenemos un continuo de estados entre Fermi y un bosón que son esos estados alónicos. Pues aquí estos cuasipartículas de carga fraccionaria se comportan con una estadística fraccionaria de tipo alón en el material; esto es una cosa conocida, que se ha observado en muchos materiales y de la que en principio no hay dudas. Lo que sí hay dudas es cuál es el mecanismo exacto. Porque el mecanismo exacto, por lo que parece, se han propuesto varias ideas, pero las ideas más firmes son que hay correlaciones fuertes entre los electrones. Los electrones interactúan entre ellos; estos electrones que están dando vueltecitas, en plan, ¿cuántos de flujo magnético en esas vueltecitas que dan? Interaccionan entre ellos, pero los detalles de cómo ocurre este proceso, hasta donde me consta, todavía no están conocidos o al menos todavía no hay un consenso sobre cuál es la explicación buena. ¿Qué han hecho estos investigadores? Estos investigadores llevan ya un tiempo tratando de ver si se podía observar estados de tipo excitón. ¿Qué es un excitón? Un excitón es un estado ligado de una cuasipartícula tipo electrón y una cuasipartícula tipo hueco. Sabéis la estructura de bandas,…
Francis Villatoro explica cómo, dentro de una estructura de bandas, una partícula que conduce por la banda de conducción deja un hueco en la banda de valencia, generando estados de propagación de tipo cuasipartícula.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18banda de conducción salto temperaturahueco banda de valencia propagacióncuasipartículas electrón hueco materialesinteracción coulomb electrónica criogenia…niveles se dividen en un conjunto de niveles muy próximos y aparecen como bandas. El número de estados en cada banda es finito, pero son números del orden del número de Agadro para arriba; son números tan grandes que en la práctica se consideran continuas. Bien, pues en esa estructura de bandas, cuando yo tengo una partícula que conduce por la banda de conducción, es que ha pegado el salto, la temperatura no es cero, una temperatura finita, ha pegado un salto, deja un hueco en la banda de valencia es decir, que yo tengo estados de propagandes de tipo cuasipartícula de tipo hueco y de estados de tipo electrón en algunos materiales, en ciertas circunstancias, sobre todo en criogenia, se pueden ligar hay una interacción efectiva de tipo Coulomb, es decir, como la fuerza eléctrica típica que puede unir a esa cuasipartícula tipo electrón y a esa cuasipartícula tipo hueco Yo digo que en Este campo siempre se usa la palabra electrón y hueco, y se habla de los electrones como si fueran electrones, pero no son partículas; estamos hablando de ondas. Son casi partículas, son ondas análogas a lo que sería en un estadio de fútbol la onda que hace…
Francis Villatoro explica cómo se pueden utilizar hojas de grafeno para observar efectos cuánticos, haciendo referencia a experimentos realizados a finales del siglo XIX y mencionando una estructura llamada geometría de Corvino.
Habla: Francis VillatoroPalabras #15hojas de grafeno efectos cuánticospelículas hall siglo xixefecto hall cuántico fraccionario grafenoescitones cuasipartículas efecto hallgeometría de corvino efecto colcuántico…una cosa que se ha observado muchas veces y observacionalmente es algo muy firme Las hojas de grafeno a baja temperatura y sometidas a campos magnéticos fuertes, intensos, transversales también permiten observar el efecto Hall cuántico Yo puedo construir con Grafeno, estas cintas análogas a las que usó con películas Hall a finales del siglo XIX, pero básicamente con una hoja, un trozo adocadamente recortado de hoja de grafeno. Entonces yo puedo ver estados tanto de efecto Hall cuántico entero como de estados de Hall cuántico fraccionario. Entonces lo que nos han planteado estos investigadores es tratar de observar la posibilidad de escitones entre las cuasipartículas asociadas al efecto Hall cuántico fraccionario en esa bicapa de grafeno; para observarlas, han tomado una estructura que es una estructura clásica para observar el efecto colcuántico, que es lo que llaman la geometría de Corvino. Básicamente es un disco al que yo le quito, imaginaros, pues un aro, un aro, un aro, ¿cómo se dice? Bueno, imaginaros un disco al que yo le pongo un agujero central circular. Entonces, un agujero central circular, de tal manera que yo puedo poner un contacto…
Francis Villatoro explica cómo al combinar capas con cuasipartículas de carga fraccionaria de electrones y huecos, se observan estados de tipo excitón.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #2estados excitón grafeno bicapafracciones llenado capas grafenoconductividad cero efecto hallconductividad va a cerofactores de llenado fraccionarioscarga eléctrica y constante de planckfrancis villatoro observa bandascuasipartículas carga fraccionaria electronescapas cuasipartículas carga fraccionaria huecosestados excitón fracciones relativasdiferencia relativa capas excitónexcitones convencionales electrones huecosdiferencia de carga fraccionaria número enterocuasipartículas tipo electrón huecotransporte de carga fermiónica o bosónicaestadística en el transporte de cargaexcitones con cargas fraccionariasfrancis villatoro análisis estadístico…de manera independiente con las dos capas, muy juntitas; y como están muy juntitas, la diferencia es de menos de, no recuerdo el número, pero es de orden de 0,4 nanómetros o menos, algo así, de ese orden; o sea, pueden aparecer estados de tipo excitón. Lo que han observado en este experimento es que sí aparecen cuando yo voy controlando, repito, las fracciones de llenado en ambas capas de manera independiente; yo puedo ir recorriendo los diferentes estados de, digamos, carga efectiva fraccionaria del efecto Hall cuántico fraccionario, que eso se observa en la conductividad. Aparecen una serie de puntos en los que la conductividad se va aparentemente a cero; es decir, la resistencia se va aparentemente a infinito. Yo digo que hay instrumentos de medida que te acortan y no llegas exactamente a cero, llegas a un valor muy pequeño. Pero se observan una serie de bandas en las que la conductividad va a cero y se ve que corresponden a factores de llenado fraccionarios que multiplicarían a ese valor constante que sería la carga eléctrica al cuadrado a partir de la constante de Planck. Bien, eso lo puedo hacer de manera independiente de ambas capas: ¿Qué pasa cuando ahora yo empiezo a combinar? Es decir, yo tengo en una capa cuasipartículas de carga fraccionaria de electrones y en la otra capa tengo cuasipartículas de carga fraccionaria de huecos. ¿Qué pasa cuando yo hago coincidir las fracciones de ambos? Bien, por lo que resulta es que dependiendo de la diferencia relativa entre la fracción que tengo en una capa y la fracción que tengo en otra capa, me aparecen estados de tipo excitón en algunas de estas fracciones relativas. Y esos estados de tipo excitón los hay como de Dos tipos. Los hay en los que la diferencia de carga fraccionaria corresponde a un número entero, tengo un número fraccionario arriba, un número fraccionario abajo, lo resto, la diferencia de un número entero, que son como excitones convencionales. Son equivalentes a los excitones formados por una cuasipartícula tipo electrón y una cuasipartícula tipo hueco. Como es de esperar, estadísticamente lo que se analiza aquí es el transporte de carga y la estadística en el transporte de carga se puede chequear si es estadística de tipo fermiónica o bosónica. Aquí se observa que es estadística de tipo bosónica, lo que confirma que he observado que tengo, yo he forzado a que haya una diferencia entera entre esas cargas fraccionarias y observo que se comportan como excitones. Pero lo que, y aquí está la novedad, cuando no son números enteros, no siempre, pero en algunos casos se observa que aparece una estadística en el transporte; las curvas de transporte tienen un comportamiento que parece indicar que está propagándose algo que…
Francis Villatoro explica que la discrepancia entre los resultados experimentales y teóricos se debe a que la diferencia de cargas corresponde a un valor fraccionario, sugiriendo la formación de un excitón compuesto por dos cuasipartículas con diferentes fracciones de carga.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #1excitón compuesto por cuasipartículasdiferencia de cargas valor fraccionariocuasipartícula carga fraccionaria villatoroexcitones con carga fraccionariapredicción teórica masloffin 1984confirmación predicción en 2025estadística bosch-einstein excitonesconfirmación excitones artículo científicoseñal excitones naturaleza villatoroexcitón carga fraccionaria investigadoresmecanismo impostor excitonesexcitones carga fraccionariamateriales bidimensionales computación cuánticapartículas carga fraccionaria medioscomputación cuántica robusta revolución…casos se observa que aparece una estadística en el transporte; las curvas de transporte tienen un comportamiento que parece indicar que está propagándose algo que debería ser un excitón, pero que a mí los números no me salen. ¿Por qué los números no me salen? Porque la diferencia de cargas corresponde a un valor fraccionario, es decir, sería como un excitón hecho de una cuasipartícula de carga fraccionaria y otra cuasipartícula de carga fraccionaria, con dos fracciones diferentes. Y esto es algo que es la novedad; esto es una cosa que yo no sé si en principio lo buscaban o no, pero estos investigadores plantean el artículo como si ellos lo hubieran buscado, como si no hubiera sido cosa de serendipia; ellos buscaban ver excitones y a ver si aparecen estos excitones. Estos excitones fueron predichos por la teoría; Masloffin los predijo en 1984, entonces, por lo tanto, estamos confirmando en 2025 una predicción teórica. También pueden existir excitones de carga fraccionaria. Claro, ¿qué ¿Estadísticas siguen estos excitones? Realmente, porque aquí las señales que se están viendo son señales que son las señales típicas de un excitón que sigue una estadística de Bosch, de Bosch-Einstein. Entonces, realmente los datos observacionales que aparecen en el artículo confirman y ratifican de forma, digamos, unívoca: son una señal tan característica de un excitón de carga fraccionaria que no tenemos ningún tipo de dudas. Yo no soy experto, el artículo. Se ha publicado en Nature, pero a mí no me convence que esa señal sea realmente definitiva. Yo creo que tenemos que esperar a que se confirme de manera independiente por otros investigadores y que los teóricos no descubran o desvelen algún mecanismo que pueda ser un impostor, que pueda impostar la señal que observamos sin que se haya formado el excitón de carga fraccionaria. Pero bueno, los autores proponen que esto sería la primera vez que se observan excitones de carga fraccionaria Las partículas de carga fraccionaria, materiales bidimensionales, como comentamos la semana pasada en el turno de preguntas, pues es algo que a los medios les encanta porque estadísticas, partículas de carga fraccionaria, alones, estados topológicos, cúbics topológicos, computación robusta, computación cuántica robusta y revolución en el campo de la computación cuántica Tiene todo, es más tentador que lo de las drogas y no sé qué contaba María Tiene todo, ahora una pregunta de terminológica, ¿por qué qué diferencia entre un alón y un anión? Bueno, anión es la palabra en inglés y en principio eni no se debe de traducir al español por ani entonces, claro, tienes cationes y aniones y entonces tú ahora dices: el enion en inglés, a, n, y, o, n, lo traduzco como anion, que en español significa otra cosa, entonces la traducción correcta de enion es alón. Ah, ok, y de dónde, ¿de qué palabra viene…
Francis Villatoro explica que aún no se ha identificado una observación clave que confirme la existencia de excitones de carga fraccionaria, lo cual es necesario para otorgar un premio Nobel.
Habla: Francis VillatoroSignificado #10 · Palabras #7excitones carga fraccionaria premio nobelobservable excitones carga fraccionariateóricos excitones fraccionarios señal característicaexcitón entero vs excitón fraccionario…Esa es la señal que marca que se ha visto la inflación. hasta que no se vean los modos B, se pueden ver todo lo que tú quieras, decenas de resultados, pero no, no, no, no, hasta que no veamos los modos B, no, no podemos ver la inflación, pues aquí lo Mismo, lo que pasa es que en este caso, estos exitones de carga fraccionaria todavía no sabemos cuál es esa observable que da el marchamo de ahora sí; ahora le ponemos el sello, ya lo hemos observado, y entonces ya se le puede dar el premio Nobel, pero ese observable todavía hizo un trabajo en el que tienen que colaborar experimentales y teóricos, pero sobre todo los teóricos tienen que ver porque son temas que no se han trabajado lo suficiente, y ahora va a haber este año va a haber una enorme cantidad de teóricos trabajando en este tipo de excitones fraccionarios para tratar de ver cuál es la señal característica indiscutible que tiene el excitón fraccionario y que no puede tener en ningún caso un excitón entero. Bueno, ahora mismo hay muchos oyentes quizás preocupados, inquietos, desasosegados, pensando que en este episodio de Coffee Break no se va a hablar del cosmos, no se va a hablar del universo, no se va a hablar de la astrofísica; pues no, por suerte. No todo…