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Actualidad científica

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  • Octubre 2016Nº 23

Física cuántica

Los electrones en planilandia

Atrapados en un plano bidimensional, los electrones exhiben el efecto Hall cuántico, sorprendente fenómeno del que ahora se cree que guarda estrecha vinculación con la superconductividad.

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Desde los griegos de la antigüedad clásica, uno de los objetivos centrales de toda disciplina científica ha sido el de hallar un conjunto mínimo de principios que subyazcan bajo fenómenos naturales diversos. Esta filosofía reduccionista ha operado con éxito en ciertas áreas, como la física de altas energías (el estudio de las partículas fundamentales de la fuerza y la materia). Los teóricos de esa especialidad han agrupado todas las partículas en unas cuantas familias y expresado las leyes básicas de la física a partir de sus interacciones.

La situación es muy diferente en la física de la materia condensada, el estudio de los sólidos y los líquidos. Las investigaciones efectuadas durante este siglo sobre el comportamiento de los electrones en los sólidos han descubierto varios estados de la materia donde los electrones se organizan en un sinfín de formas notables. Por ejemplo, los sólidos son, por lo normal, o aislantes (se resisten con fuerza al paso de la corriente eléctrica) o metálicos (aunque conducen bien la corriente, siguen ofreciendo un poco de resistencia). Pero en ciertas circunstancias hay sólidos que entran en un estado superconductor: la corriente eléctrica fluye por ellos sin resistencia alguna. Las caracterizaciones teóricas de esos estados han sido tan diversas como los estados mismos.

Quizás eso cambie pronto. Se ha encontrado una conexión profunda entre la superconductividad y otro fenómeno de la física de la materia condensada estudiado a fondo, el efecto Hall cuántico, que se produce cuando los electrones cumplen a la vez tres condiciones: que estén atrapados en la interfaz de dos cristales semiconductores, de forma que sólo se puedan mover en una "planilandia" bidimensional; que se enfríen hasta temperaturas cercanas al cero absoluto, y que estén sometidos a un campo magnético intenso. El campo hace que los electrones se desplacen lateralmente con respecto a la dirección de la corriente, lo que genera un voltaje, o fuerza que tira de los electrones, lateral. Si el campo magnético crece, crece también ese voltaje, aunque no linealmente, sino de una manera escalonada y precisa. En esto consiste el efecto Hall cuántico, y se le considera la señal distintiva de una fase nueva, y diferenciada, de la materia.

 

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