La fracción imposible en la carga del electrón

La mecánica cuántica nos dice que la unidad fundamental de carga es infraccionable. Pero hay algunas raras excepciones.

En algunas situaciones, los electrones se disponen colectivamente como si estuvieran divididos en entidades independientes, cada una de ellas poseyendo una fracción de la carga.

El hecho de que la carga pueda fraccionarse no es nuevo: se ha observado experimentalmente desde la década de 1980 con el efecto Hall cuántico fraccionario. En él, se observa que la conductancia de un sistema en el que los electrones están confinados en un plano bidimensional se manifiesta en unidades fraccionarias (en vez de enteras) de carga.

El efecto Hall proporciona una medida indirecta del fraccionamiento de la carga, a través de una manifestación macroscópica del fenómeno: el voltaje. Como tal, no revela el comportamiento microscópico (la dinámica) de las cargas fraccionarias.

Un equipo internacional, de expertos en instituciones de Suiza y China, encabezado por Sandy Adhitia Ekahana del Instituto Paul Scherrer en Suiza, ha desvelado ahora dicha dinámica mediante espectroscopia de electrones emitidos por un material ferromagnético al ser iluminado por un láser.

Los electrones que discurren por una retícula especial, hecha de la aleación metálica Fe3Sn2, se ven influidos por la proximidad de una banda plana (mostrada por el reflejo de la bola superior en una superficie plana). Esto hace que la carga electrónica se fraccione, o se divida (lo cual es mostrado aquí por la aparición de la bola inferior). Los investigadores han observado este efecto espectroscópicamente. (Imagen: Paul Scherrer Institute / Sandy Ekahana)

Los autores del estudio han observado espectroscópicamente el fraccionamiento de la carga electrónica en Fe3Sn2, un compuesto formado únicamente por dos elementos químicos comunes: hierro (Fe) y estaño (Sn).

El equipo de investigación pudo lograrlo sin necesidad de aplicar un campo magnético fuerte: creando una retícula con una estructura especial que reduce las energías cinéticas de los electrones y les permite interactuar.

La observación experimental del fenómeno no solo es importante para la ciencia básica, sino que, al poder producirse en una aleación de metales comunes a temperaturas accesibles, ofrece un buen potencial para su aprovechamiento futuro en dispositivos electrónicos.

El estudio se titula "Anomalous electrons in a metallic kagome ferromagnet". Y se ha publicado en la revista académica Nature. (Fuente: NCYT de Amazings)