Al bombardear un sándwich semiconductor ultrafino con potentes pulsos láser, los físicos de la Universidad de California, Riverside, crearon el primer "líquido de electrones" a temperatura ambiente.
El logro abre un camino para el desarrollo de los primeros dispositivos prácticos y eficientes para generar y detectar luz a longitudes de onda de terahercios, entre luz infrarroja y microondas. Dichos dispositivos podrían usarse en aplicaciones tan diversas como comunicaciones en el espacio exterior, detección de cáncer,y buscando armas ocultas.
La investigación también podría permitir la exploración de la física básica de la materia a escalas infinitamente pequeñas y ayudar a marcar el comienzo de una era de metamateriales cuánticos, cuyas estructuras están diseñadas en dimensiones atómicas.
Los físicos de UCR publicaron sus hallazgos en línea el 4 de febrero en la revista Fotónica de la naturaleza . Fueron dirigidos por el Profesor Asociado de Física Nathaniel Gabor, quien dirige el Laboratorio de Optoelectrónica de Materiales Cuánticos de la UCR. Otros coautores fueron los miembros del laboratorio Trevor Arp y Dennis Pleskot, y el Profesor Asociado de Física y Astronomía Vivek Aji.
En sus experimentos, los científicos construyeron un sándwich ultradelgado de ditellururo de molibdeno semiconductor entre capas de grafeno de carbono. La estructura en capas era ligeramente más gruesa que el ancho de una sola molécula de ADN. Luego bombardearon el material con pulsos láser superrápidos, medidosen cuadrillonésimos de segundo.
"Normalmente, con semiconductores como el silicio, la excitación láser crea electrones y sus orificios cargados positivamente que se difunden y derivan en el material, así es como se define un gas", dijo Gabor. Sin embargo, en sus experimentos, los investigadores detectaronevidencia de condensación en el equivalente de un líquido. Dicho líquido tendría propiedades similares a los líquidos comunes como el agua, excepto que consistiría, no en moléculas, sino en electrones y agujeros dentro del semiconductor.
"Estábamos aumentando la cantidad de energía que se descargaba en el sistema, y no vimos nada, nada, nada; de repente vimos la formación de lo que llamamos un 'anillo de fotocorriente anómalo' en el material", dijo Gabor"Nos dimos cuenta de que era un líquido porque crecía como una gota, en lugar de comportarse como un gas".
"Sin embargo, lo que realmente nos sorprendió fue que sucedió a temperatura ambiente", dijo. "Anteriormente, los investigadores que habían creado tales líquidos con agujeros de electrones solo habían podido hacerlo a temperaturas más frías que incluso en el espacio profundo."
Las propiedades electrónicas de tales gotas permitirían el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos que operan con una eficiencia sin precedentes en la región de terahercios del espectro, dijo Gabor. Las longitudes de onda de Terahercios son más largas que las ondas infrarrojas pero más cortas que las microondas, y ha existido una "brecha de terahercios""en la tecnología para utilizar tales ondas. Las ondas Terahercios podrían usarse para detectar cánceres de piel y caries dentales debido a su penetración limitada y su capacidad para resolver las diferencias de densidad. De manera similar, las ondas podrían usarse para detectar defectos en productos tales como tabletas de medicamentos ypara descubrir armas ocultas debajo de la ropa.
Los transmisores y receptores Terahertz también podrían usarse para sistemas de comunicación más rápidos en el espacio exterior. Y, el líquido de agujero de electrones podría ser la base para las computadoras cuánticas, que ofrecen el potencial de ser mucho más pequeños que los circuitos basados en silicio actualmente en uso,Dijo Gabor
En términos más generales, dijo Gabor, la tecnología utilizada en su laboratorio podría ser la base para la ingeniería de "metamateriales cuánticos", con dimensiones a escala de átomo que permiten la manipulación precisa de electrones para hacer que se comporten de nuevas maneras.
En estudios posteriores de los "nanopulsos" de agujeros de electrones, los científicos explorarán sus propiedades líquidas, como la tensión superficial.
"En este momento, no tenemos idea de cuán líquido es este líquido, y sería importante averiguarlo", dijo Gabor.
Gabor también planea usar la tecnología para explorar fenómenos físicos básicos. Por ejemplo, enfriar el líquido del agujero de electrones a temperaturas ultrabajas podría hacer que se transforme en un "fluido cuántico" con propiedades físicas exóticas que podrían revelar nuevos principios fundamentalesde importancia.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron dos tecnologías clave. Para construir los sándwiches ultrafinos de ditellurida de molibdeno y grafeno de carbono, utilizaron una técnica llamada "estampado elástico". En este método, se utiliza una película de polímero adhesiva para recoger y apilarcapas gruesas de átomos de grafeno y semiconductores.
Y para bombear energía al sándwich semiconductor e imaginar los efectos, utilizaron "microscopía de fotorrespuesta dinámica multiparamétrica" desarrollada por Gabor y Arp. En esta técnica, se manipulan haces de pulsos láser ultrarrápidos para escanear una muestra para mapear ópticamentela corriente generada
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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