El confinamiento de electrones en una lámina de dos dimensiones en un semiconductor a bajas temperaturas producen un comportamiento espectacular, tales como el efecto Hall cuántico, donde los electrones pueden formar un estado colectivo con valores cuantificados de la conductancia. Cuando esta lámina también se reduce en la dirección hacia los lados en un solo lugar para formar una constricción, otro de los efectos cuánticos aparece - la relación corriente-voltaje es completamente diferente a la de un alambre macroscópico, gracias a la naturaleza ondulatoria de los electrones y sus interacciones .
Pero los electrones en dos dimensiones también pueden comportarse como partículas clásicas que interactúan sólo a través de la repulsión mutua de sus cargas negativas.Esto ocurre cuando se extienden mucho más lejos y ha sido difícil de lograr en el laboratorio, por lo que los investigadores todavía están viendo los nuevos fenómenos.David Rees del RIKEN, un instituto de investigación japonés, en Wako, Japón, y sus colegas, estudiaron este régimen usando electrones flotando sobre una superficie de helio líquido. A bajas temperaturas, los electrones se deslizan rápidamente por encima de la superficie - alrededor de 11 nanómetros - y casi no interactúan con ella. A temperaturas ligeramente por debajo de 1 kelvin, la repulsión entre los electrones genera un estado sólido de dos dimensiones que se conoce como un cristal de Wigner. A altas temperaturas los electrones se comportan como un líquido.
En la última década, los investigadores han aprendido a controlar con precisión los electrones sobre una fina capa de helio líquido que se adhiere por tensión superficial a pequeñas ranuras de una oblea sólida. Ampliando estas técnicas para menores dimensiones, Rees y sus colegas obligaron a los electrones a pasar a través de una constricción de micras de ancho, comparable en tamaño a la distancia entre los electrones. El campo eléctrico que se generó es una colina con forma de silla que era demasiado alta para que los electrones la cruzaran. Al aumentar la tensión de un electrodo la barrera bajó lo suficiente para que los electrones pasaran a través de uno en uno, y la corriente apareció de repente. Rees se sorprendió al ver que nuevos aumentos de la tensión produjo adicionales fuertes saltos de la corriente. El equipo más tarde se dio cuenta de que estos saltos se produjeron, porque la reducción de la cresta creó una mayor apertura de los electrones, para que pudieran pasar a través de dos en dos, luego de tres en tres, y así sucesivamente.
la topografía generada por el voltaje sobre electrodos guía a los electrones a flotar sobre helio líquido.El potencial calculado mostrado en la imágen fuerza a los electrones a alternarse comprimiéndose a través de una estrecha constricción de izquierda a derecha.Crédito.D. Rees/RIKEN.
El equipo utilizó la forma de la colina electrostática para estimar el voltaje esperado en el espaciamiento entre los pasos de corriente. "Es un cálculo aproximado, pero parece estar de acuerdo bastante bien con lo que vemos", dice Rees , cálculos más sofisticados por los colaboradores, todavía en curso, confirman esta descripción, aunque el cálculo de la respuesta de un sistema de electrones, donde cada uno repele a los demás, es un reto.
Para sus primeros resultados, el equipo midió la corriente de electrones a una temperatura de alrededor de 1,2 grados Kelvin. A esta temperatura, los electrones en una lámina se mantienen lejos de sus vecinos más cercanos, pero no forman un cristal de Wigner. Los investigadores esperan extender la medida a temperaturas más bajas, donde ellos formaría un cristal y tendrían que ser sacados del cristal para fluir a través de la constricción.
El ordenamiento de los electrones provocado por su repulsión ha sido utilizado anteriormente para explicar anomalías experimentales, dice Mark Dykman de la Universidad Estatal de Michigan en East Lansing. Pero "creo que esta es la primera demostración experimental directa de la correlación de los electrones en la fase líquida."
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fuente de la información:
http://focus.aps.org/story/v27/st3
