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La física nunca volverá a ser la misma: descubren un material con características nunca antes vistas

Un siglo después de su predicción teórica, un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton ha logrado un avance histórico: la primera observación directa del Cristal de Wigner.

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En 1930, el físico teórico Eugene Wigner presentó una teoría innovadora. Postuló que, en condiciones de temperaturas y densidades extremadamente bajas, la interacción repulsiva entre electrones podría organizarse de manera que diera lugar a una estructura reticular regular.

Este fenómeno concebía la posibilidad de una forma de materia hasta entonces desconocida, denominada Cristal de Wigner, en la cual los electrones se distribuirían en una red cristalina, unidos no por fuerzas de atracción, sino por su mutua repulsión.

Casi un siglo después, un equipo de científicos de la Universidad de Princeton ha alcanzado un hito significativo tras alcanzar la primera visualización de "la peculiar forma de materia que representa una de las fases cuánticas más fundamentales" de la física.

Los hallazgos de la investigación fueron divulgados el 10 de abril en la revista Nature.

Cristal de Wigner: una teoría cuántica que se hace realidad. Fuente: Universidad de Cornell. 

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Un cristal de Wigner emerge del mundo cuántico

Científicos lograron capturar la primera imagen directa de un cristal de Wigner, una exótica fase de la materia compuesta únicamente por electrones.

Si bien Eugene Wigner había anticipado que cuando las interacciones entre electrones superaran con creces su energía cinética, se cristalizarían en una red densamente compacta, la observación directa de este fenómeno había evitado a los científicos durante casi un siglo.

Recientemente, un equipo de científicos de la Universidad de Princeton utilizó una técnica avanzada de microscopía de efecto túnel de barrido de alta resolución para observar el cristal de Wigner en grafeno bicapa.

La exactitud de las muestras posibilitó verificar la inexistencia de defectos atómicos en el material, un elemento crucial para la creación del cristal.

El análisis revela que, en el cristal de Wigner, los electrones no exhiben un comportamiento de partículas individuales, sino que se comportan como una onda colectiva. Esta conducta cuántica es fundamental para la configuración del cristal.

"Nuestro grupo ha sido capaz de fabricar muestras de una limpieza sin precedentes que han hecho posible este trabajo", explicó Al Yazdani, autor del estudio. 

Además, concluyó: "Con nuestro microscopio podemos confirmar que las muestras no presentan ninguna imperfección atómica en la red atómica del grafeno ni átomos extraños en su superficie en regiones con cientos de miles de átomos". 

¡Descubrimiento histórico! Capturan la primera imagen de un cristal de Wigner. Fuente: Universidad de Princeton. 

Movimiento de punto cero en el cristal de Wigner

El equipo de investigadores ha logrado un avance significativo en la comprensión del comportamiento de los electrones en el grafeno, un material de carbono bidimensional con propiedades únicas.

De esta manera, confirmaron la ausencia de imperfecciones atómicas en las muestras y, por primera vez, observaron directamente el "movimiento de punto cero". 

En mecánica cuántica, las partículas subatómicas no tienen una ubicación definida, sino que se caracterizan por una distribución de probabilidad simultánea. 

El "movimiento de punto cero" ocurre incluso en ausencia de energía. En el caso del grafeno, produce una especie de "borrosidad" en la localización de los electrones, lo que dificulta su estudio.

Por esta razón, se utilizó una técnica de microscopía de vanguardia conocida como microscopía de efecto túnel de barrido (STM) para capturar imágenes de los electrones en el grafeno con una claridad sin precedentes.

Gracias a esta metodología, pudieron observar directamente las fluctuaciones de punto cero de los electrones y medir cuantitativamente su efecto de difuminado.

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