Físicos observan por primera vez estados ligados electrónicos en el continuo
Los físicos han observado por primera vez estados ligados electrónicos en el continuo (BIC, por sus siglas en inglés) en un metal bidimensional. El trabajo de la Universidad de Columbia, el Laboratorio Nacional de Brookhaven y la Universidad de Indiana en Bloomington apareció el 22 de octubre en Science. Antes se publicó un preprint en arXiv (2410.19227).
Qué es un estado ligado en el continuo
Normalmente, un estado cuya energía cae dentro de un continuo de estados disponibles puede filtrarse hacia él y dispersarse. Un BIC no lo hace: permanece localizado aunque tenga la misma energía que el continuo. Estos estados son bien conocidos en óptica; según Physics World, esta es la primera observación en un sistema electrónico.
Cómo lo encontraron
El equipo usó microscopía y espectroscopía de efecto túnel de barrido sobre Pd5AlI2, un metal bidimensional de van der Waals con una red de tablero de ajedrez decorada, y combinó las mediciones con la teoría del funcional de la densidad y modelos sencillos. Identificaron dos estados electrónicos inducidos por defectos que permanecen localizados dentro del continuo metálico. Dos defectos cercanos mostraron indicios de hibridación.
Los cálculos explican el efecto. La interferencia entre los saltos de los electrones da lugar a una banda casi plana de estados localizados que son ortogonales al continuo. Los defectos atómicos desplazan estos estados hacia el continuo y forman BIC robustos protegidos por simetría. Según Physics World, los estados se sitúan sobre vacantes aleatorias de paladio, están aislados del continuo y solo fueron visibles porque la perturbación de la punta del microscopio permite que los electrones entren y salgan.
«Normalmente la hibridación quedaría suprimida por una brecha espectral, pero aquí la suprime la interferencia cuántica». — Raquel Queiroz, Universidad de Columbia, quien desarrolló los modelos
Alexandru Georgescu, de la Universidad de Indiana, ofreció una analogía: en un aislante, un estado de defecto es como un vaso de agua que necesita energía para salir, mientras que aquí el «agua» forma una onda que interfiere consigo misma y no se desplaza.
Límites y próximos pasos
El resultado es fundamental y se refiere a un material concreto; aplicaciones como simular la física de muchos cuerpos o la catálisis son especulativas. Los BIC se formaron en vacantes que ya existían en posiciones aleatorias. «No hay razón para que no se puedan crear a demanda», dijo Abhay Pasupathy, de Columbia, quien dirigió los experimentos, y el equipo está perfeccionando la técnica para colocarlos en sitios elegidos. Boubacar Kanté, de UC Berkeley, que demostró el primer láser BIC óptico y no participó en el estudio, calificó el trabajo de «muy interesante» y dijo que «muestra la universalidad de los fenómenos ondulatorios». Más en nuestra sección de Ciencia.