El espacio es generalmente considerado infinitamente divisible - habida cuenta de que cualquiera dos posiciones, siempre tienen una posición intermedia entre ellas.Pero en un estudio reciente dirigido al desarrollo de transistores ultra-rápidos usando el grafeno, los investigadores del Departamento de Física y Astronomía de la UCLA y del Instituto NanoSystems de California muestran que la división del espacio en lugares discretos, como un tablero de ajedrez, puede explicar cómo electrones parecidos a puntos, que no tienen radio finito, logran llevar su momento angular intrínseco, o "spin".
Mientras estudiaban las propiedades electrónicas del grafeno, el profesor Chris Regan y el estudiante graduado Mateo Mecklemburg encontraron que una partícula puede adquirir spin al vivir en un espacio con dos tipos de posiciones – “cuadros oscuros y cuadros luminosos”. La partícula aparecen con spin si los cuadros son tan próximos entre sí que su separación no puede ser detectada.
"El spin de un electrón puede surgir porque el espacio a distancias muy pequeñas no es uniforme, sino más bien segmentado, como un tablero de ajedrez", dijo Regan.
Sus hallazgos se publican en la edición del 18 de marzo de la revista Physical Review Letters.
los electrones se cree poseen spin incluso aunque ellos sean partículas puntuales sin ninguna superficie que pueda posiblemente rotar,recientes trabajos sobre el grafeno muestran que el spin del electrón podría emerger debido al espacio a muy pequeñas distancias
donde presenta características de no uniformidad observándose una estructura segmentada parecida a un tablero de ajedrez con las casillas triangulares.Crédito.(Image: UCLA CNSI).
el modelo estándar de un electrón lo muestra como una esfera rotante con momento angular positivo o negativo como se muestra en azul y dorado en la imágen de arriba .Sin embargo tal esquema está fundamentalmente errado ya que la evidencia experimental indica que los electrones son partículas puntuales ideales sin un radio finito ni estructura interna que podría posiblemente "rotar".Un modelo mecánico cuántico del electrón moviéndose en el grafeno una sencilla capa de grafito (mostrado como un panal de lineas negra en la imágen)presenta una posible solución a este enigma.Un electrón en el grafeno salta de átomo de carbón a átomo de carbón como si se moviera sobre un tablero de ajedrez con casillas triangulares.A bajas energías las casillas triangulares no son resueltas pero el electrón adquiere un spin "interno" número cuántico el cual refleja si el se localiza sobre las casillas azul o dorada.Asi el spin del electrón podría emerger no de movimiento rotacional de su subestructuras sino de la estructura discreta parecida a un tablero de ajedrez del espacio.(Image: Chris Regan/CNSI).
En mecánica cuántica , "spin hacia arriba" y "spin hacia abajo" se refieren a los dos tipos de estados que se pueden asignar a un electrón. El spin de un electrón sólo puede tener dos valores - no uno, ni tres o un número infinito – esto ayuda a explicar la estabilidad de la materia, la naturaleza del enlace químico y muchos otros fenómenos fundamentales.
Sin embargo, no está claro cómo el electrón dirige el movimiento de rotación implicado por su spin. Si el electrón tuviera un radio, la superficie implicada debería estar moviéndose más rápido que la velocidad de la luz, en violación de la teoría de larelatividad. Y los experimentos muestran que el electrón no tiene un radio, sino que se piensa que es una partícula puntual pura con ninguna superficie o subestructura que pudiera girar.
En 1928, el físico británico Paul Dirac mostró que el spin del electrón está íntimamente relacionado con la estructura delespacio-tiempo. Su argumento elegante combinó la mecánica cuántica con la relatividad especial, la teoría de Einstein del espacio-tiempo (representada por la famosa ecuación E=mc2).
La ecuación de Dirac, lejos de limitarse a acoger el spin, en realidad lo exige.Pero al mismo tiempo que demuestra que la mecánica cuántica relativista requiere el spin, la ecuación no da una imagen mecánica para explicar cómo una partícula puntual se las arregla para llevar un momento angular, ni por qué este spin es de dos valores.
Revelando un concepto que es a la vez nuevo y aparentemente simple, Regan y Mecklemburg encontraron que los dos valores del spin del electrón pueden surgir de tener dos tipos de cuadros – luminosos y oscuros - en un espacio parecido a un tablero de ajedrez. Y desarrollaron este modelo mecánico cuántico mientras trabajaban en el sorprendentemente práctico problema de cómo fabricar mejores transistores de un nuevo material llamado grafeno.
El grafeno, es una simple hoja de grafito, es una capa atómicamente-delgada de átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal. Aislado por primera vez en el 2004 por Andre Geim y Kostya Novoselov, el grafeno tiene una extraordinaria riqueza de propiedades electrónicas, como la alta movilidad de electrones y capacidad de corriente. De hecho, estas propiedades son prometedoras para avances revolucionarios por lo que Geim y Novoselov fueron galardonados con el Premio Nobel del 2010 sólo seis años después de su logro.
Regan y Mecklenburgo son parte de un esfuerzo de la UCLA para el desarrollo de muy rápidos transistores utilizando este nuevo material.
"Queríamos calcular la amplificación de un transistor de grafeno," dijo Mecklenburg. "Nuestra colaboración fue a la construcción y necesitaba saber si funcionarían."
Este cálculo involucró la comprensión de cómo la luz interactúa con los electrones en el grafeno.
Los electrones en el grafeno se mueven saltando de átomo de carbono a átomo de carbono, como si saltaran en un tablero de ajedrez. Los casillas de ajedrez del grafeno son triangulares, con los cuadros oscuros apuntando hacia "arriba" y los luminosos apuntando "hacia abajo". Cuando un electrón en el grafeno absorbe un fotón, salta desde el cuadro luminoso a el oscuro. Mecklemburg y Regan demostraron que esta transición es equivalente a mover de un tirón un spin de "arriba" para "abajo".
En otras palabras, confinando a los electrones en el grafeno a específicas discretas posiciones en el espacio otorgándoles el spin . Este spin , que se deriva de la geometría especial de la red del panal del grafeno, es en adición y distinto del spin habitual llevado por el electrón. En el grafeno el spin adicional refleja la estructura sin resolver de tablero de ajedrez en el espacio que ocupa el electrón.
"Mi asesor [Reagan] pasó su doctorado estudiando la estructura del electrón ", señaló Mecklenburg. "Así que estaba muy emocionado de ver que el spin puede surgir desde un enrejado. Te hace pensar si el espín del electrón habitual se podría generar de la misma manera."
"Todavía no está claro si este trabajo será más útil en la física de partículas o la materia condensada", dijo Regan, "pero sería extraño que la estructura de panal de abeja del grafeno fuera la única red capaz de generar spin ".
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fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2011-03-space-chessboard.html
