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Juan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasMaría RibesGastón Giribetcuasipartículas con carga fraccionariaartículo nature sobre hall cuántico fraccionarioexcitones efecto hall cuántico fraccionariopremio nobel efecto hall cuánticoefecto hall cuántico años 80escitones efecto hall cuánticoNatureFrancis VillatoroHéctor SocasPremio Nobelefecto Hall cuántico fraccionariosiglo XIXefecto Hallconstante de Planckefecto Hall cuánticogeometría de CorvinoMaríaefecto Hall fraccionarioPlanckMasloffinBosch-Einstein
Excitones efecto Hall cuántico fraccionario
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 contaré lo que es el efecto, ya propusieron la posibilidad de que hubiera escitones utilizando este efecto, es un. Artículo muy famoso de Loughlin, de Robert Loughlin, que fue uno de los galardonados con el premio Nobel que se lleva tratando de observar a nivel experimental desde principios de los 80, desde 1984. Y se publica ahora en enero, o sea, se acaba de publicar el…
Significado #1 · Palabras #1
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 #1cuasipartículas con carga fraccionariaartículo nature sobre hall cuántico fraccionarioexcitones efecto hall cuántico fraccionariopremio nobel efecto hall cuánticoefecto hall cuántico años 80escitones efecto hall cuántico…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 contaré lo que es el efecto, ya propusieron la posibilidad de que hubiera escitones utilizando este efecto, es un. Artículo muy famoso de Loughlin, de Robert Loughlin, que fue uno de los galardonados con el premio Nobel que se lleva tratando de observar a nivel experimental desde principios de los 80, desde 1984. Y se publica ahora en enero, o sea, se acaba de publicar el…
Francis Villatoro explica el origen del efecto Hall, mencionando que fue descubierto a finales del siglo XIX.
Habla: Francis VillatoroSignificado #8 · Palabras #3efecto hall descubierto siglo xixcinta conductora diferencia potencialcorriente flujo longitudinal…que realmente las observaciones son firmes, ¿no? Porque este tipo de temas tan, digamos, en la frontera, pues a veces se publican cuando la evidencia no convence a todo el mundo; hay que esperar a ver si realmente hay un consenso en la comunidad. ¿Qué es esto del efecto Hall, el efecto Hall cuántico y el efecto Hall cuántico fraccionario? El efecto Hall es una cosa que se descubrió a finales del siglo XIX; yo creo que lo hemos contado ya alguna vez. Cuando tienes una cinta conductora y tú pones una diferencia de potencial en los dos extremos de la cinta, a nivel longitudinal, estás introduciendo una corriente; estás metiendo un flujo. De electrones, ¿qué pasa cuando tú eso lo sometes a un campo magnético? Cuando tú sometes a un campo magnético esa cinta conductora, los electrones reciben una fuerza de tipo ciclotrón, reciben la fuerza de Lorentz y hace que los electrones tiendan a seguir…
Francis Villatoro explica cómo la conductividad transversal muestra saltos o escalones debido a la cuantización observada en el efecto Hall cuántico.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4efecto hall cuántico enteroconductancia mínima carga eléctrica planckescalones conductancia valores enterosfrancis villatoro conductividad transversalefecto hall cuántico fraccionariocampo magnético intenso temperatura bajapremio nobel efecto hall cuánticoescalones conductividad campo magnético…onda tiene estados digamos cuantizados. Puedes dar una vuelta, puedes dar dos, puedes dar tres, tienes una sucesión de estados separados por un cierto salto. Eso se observa en la conductancia. Cuando tú miras la conductancia en esa dirección transversal, lo que tú observas es que la conductancia va pegando como saltos, va pegando como escalones, es una especie de escalones y la distancia entre esos escalones es una distancia fundamental. Hay como una conductancia mínima, hay un estado cuantizado mínimo que tiene la conductancia de la carga eléctrica al cuadrado partido de la constante de Planck. y entonces tú 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…
Francis Villatoro explica el trabajo de unos investigadores que intentan observar estados excitón, definiendo qué son estos últimos como un estado ligado entre una cuasipartícula tipo electrón y otra tipo hueco.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15estados excitón cuasipartícula electrónestructura de bandas valencia conduccióntemperatura cero nivel de llenado…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, tenemos unas bandas de valencia y de conducción, cuando a temperatura cero pues tengo un cierto nivel de llenado de bandas, entonces la última banda llena pues es una Banda de Valencia que está llena de estados de tipo cuasi partícula tipo electrón y la siguiente banda vacía; las bandas surgen porque los niveles discretos de energía de los átomos. Cuando tengo un sólido que tiene virtualmente un número infinito de átomos,…
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 VillatoroSignificado #5 · Palabras #5grafeno polarizaciones opuestasbicapa propagación huecos electronesefecto hall cuántico campos magnéticoshojas de grafeno efectos cuánticospelículas hall siglo xixefecto hall cuántico fraccionario grafenoescitones cuasipartículas efecto hallgeometría de corvino efecto colcuántico…lo que yo hago es introducir, digamoslo así, electrones, portadores; introduzco partículas. Yo puedo introducir, si pongo una polarización, cuasipartículas tipo electrón, pero si pongo la polarización opuesta en la otra capa, cuasipartículas tipo hueco. es decir, yo puedo excitar estados tipo electrón en una capa y estados tipo hueco en la otra con lo que yo espero que haya escitones ciertas cuasipartículas en una capa se acoplan de manera colombiana con las otras cuasipartículas en la otra capa y yo tengo huecos y electrones ligados a lo largo de, que se propagan a lo largo de esa bicapa Eso es 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 aplicar polaridades opuestas a las capas de una estructura bicapa de grafeno, se pueden excitar electrones y huecos para observar el efecto Hall cuántico fraccionario.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #6efecto hall fraccionario grafenoestructura bicapa geometría corvinodiferencia potencial capas grafenoefecto hall cuántico fraccionario grafenoconductividad función factor dellenadodiferencia potencial portadores materialpolaridades opuestas capas bicapa…un agujero central y yo pongo la diferencia de potencial entre el borde interior y el borde exterior con lo que el efecto Hall se observa en la dirección radial, digamos, en la dirección a lo largo del sentido de ese disco. Claro, es una dirección cerrada. No tiene bordes, y eso hace que sea mucho más fácil ver el efecto Hall fraccionario. Bueno, pues aquí se ha hecho eso con grafeno; yo puedo construir con grafeno una estructura bicapa en la que tengo esa geometría de Corvino: ese disco con un agujero circular central en una de las capas y en la otra capa. Y puedo, con contactos, introducir una diferencia de potencial entre una capa y su borde y en la otra capa y su borde. De tal manera que con una diferencia de potencial de polaridades opuestas, en una capa estoy excitando electrones y en otra estoy excitando huecos. entonces puedo observar el efecto Hall cuántico fraccionario en ambas capas y eso es lo que demuestran en ese artículo observacionalmente son unas figuras que se ve la conductividad en función del factor de dellenado el factor de dellenado es el número de portadores que yo he introducido en el material que depende de la diferencia potencial que yo aplico la ventaja del Grafeno es que cuando, por ejemplo, hablamos del grafeno bicapa rotado con ángulo mágico, hablamos de estados superconductores en un superconductor convencional. Yo tengo que dopar y para dopar tengo que químicamente sintetizar el material con diferentes…
Francis Villatoro describe un experimento donde se observan estados excitón al controlar las fracciones de llenado en capas de grafeno bicapa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #13 · Palabras #2estados excitón grafeno bicapafracciones llenado capas grafenoconductividad cero efecto hall…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…
Francis Villatoro explica que existen dos tipos de estados de exciton: aquellos donde la diferencia de carga fraccionaria es un número entero, equivalentes a excitones convencionales formados por electrones y huecos.
Habla: Francis VillatoroPalabras #8cuasipartículas carga fraccionaria electronescapas cuasipartículas carga fraccionaria huecosestados excitón fracciones relativasdiferencia relativa capas excitónexcitones convencionales electrones huecosdiferencia de carga fraccionaria número enterocuasipartículas tipo electrón hueco…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…
Francis Villatoro comenta sobre un artículo científico que describe la observación de excitones de carga fraccionaria, señalando que los medios están muy interesados en este tema debido a su potencial para aplicaciones como computación cuántica.
Habla: Francis VillatoroSignificado #10 · Palabras #7cargas fraccionarias y estadística inusualexcitón transporte cálculos teóricos villatoroestadística transporte curvas de transporteexcitón 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…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 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 las condiciones necesarias para que los excitones permitan construir un qubit y la posible aparición de una nueva tecnología.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7excitones para construir un qubitpropiedades cuánticas asociadas a excitonesprimer qubit con excitonesnueva tecnología basada en excitones…o 30 años, ¿vale? O sea, que no pensemos que el premio Nobel es para pasar mañana, ¿no? Pero bueno, estos investigadores son relativamente jóvenes y dentro de 30 años todavía estarán, salvo desgracia, que esperemos que no ocurra, vivos para poder recibirlo. Y bueno, es un tema que, una vez que se confirme, que se controlen de forma adecuada estos excitones, que se vea si realmente las propiedades cuánticas asociadas a estos excitones son las que esperadas y que permiten construir un qubit, pues podrían dar lugar a un tipo de qubit. Pero claro, esto puede costar 10 años que se plantee el primer qubit con este tipo de excitones y a ver si tiene suerte y surge una tecnología. Pero bueno, la manera más fácil de vender este artículo es como que es un nuevo camino hacia los ordenadores cuánticos. Pero en realidad estamos absolutamente a una distancia infinita de eso. Yo quiero reiterar: no siempre hacemos esta postilla que hace…
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 #12 · Palabras #11excitones 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…