Descubren el dropletón, la gotita cuántica

Dropletones flotando en un mar de plasma. Sus características los asemejan a gotas de líquido. / Brad Baxley

Físicos de Alemania y EE UU han descrito por primera vez un tipo de cuasipartícula formada por un puñado de electrones y huecos. Sus propiedades se asemejan a las de las gotas de los líquidos, por lo que ha sido bautizada como dropletón, nombre derivado de la palabra inglesa droplet, ‘gotita’.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Marburgo (Alemania) y el centro JILA (Universidad de Colorado Boulder-NIST) ha descubierto en medios semiconductores una nueva cuasipartícula: el dropleton. El trabajo se publica esta semana en la revista Nature.

Las cuasipartículas son excitaciones cuánticas formadas por partículas más pequeñas que, juntas, actúan como si fueran una sola de comportamiento predecible. Un ejemplo es el excitón, una cuasipartícula integrada por un electrón y un hueco (donde el electrón podría estar pero no está) unidos por fuerzas electrostáticas.

El dropletón es la suma de un pequeño grupo de excitones, es decir, unos pocos fotones y huecos que se condensan durante un instante (25 picosegundos, o una 25 billonésima de segundo) como las gotas de los líquidos.

Sus propiedades y aspecto de ‘gotita’ (droplet, en inglés) han inspirado a los científicos para bautizar a la nueva cuasipartícula como dropletón. En español sería algo así como ‘gotitón’. También tiene una estructura y características cuánticas diferentes a los de otras conocidas.

"Las gotitas de electrones y huecos se conocen en los semiconductores, pero por lo general contienen miles de millones de estos electrones y huecos", explica el físico de JILA Steven Cundiff, uno de los autores. "Aquí estamos hablando de gotitas con aproximadamente cinco electrones y cinco huecos”.

Para crear las nuevas cuasipartículas se han utilizado pulsos de láser ultrarrápidos. Con ellos se ha generado el plasma de electrones y huecos necesario para producir los excitones, de los que después surgen los dropletones.

El tiempo de vida relativamente ‘largo’ de estas cuasipartículas las hace lo suficientemente estables como para facilitar el estudio de interacciones cuánticas entre la luz y la materia. Según los investigadores, su detección será de interés en el campo de la física fundamental.

"Respecto a los beneficios prácticos, nadie se va a crear un aparatito de gotas cuánticas, pero esto tiene beneficios indirectos para mejorar nuestra comprensión sobre cómo interactúan los electrones en diversas situaciones, incluso en dispositivos optoelectrónicos", apunta Cundiff.

Referencia bibliográfica: A. E. Almand-Hunter, H. Li, S. T. Cundiff, M. Mootz, M. Kira & S. W. Koch. “Quantum droplets of electrons and holes”. Nature 506, 27 de febrero de 2014.