Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han predicho que un estado exótico de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein puede existir a temperaturas relativamente altas (alrededor de 50 K a 100 K) en sistemas que comprenden moléculas orgánicas en materiales semiconductores bidimensionales (2D).

Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia en el que todas las partículas tienen la misma energía y están completamente coordinadas. Desde un punto de vista físico, estas partículas se agrupan y comienzan a comportarse como si fueran parte de una sola partícula más grande. El Premio Nobel de Física de 2001 fue otorgado por la realización de la condensación de Bose-Einstein. Este avance fenomenal se logró por primera vez en una colección de átomos de rubidio a una temperatura ultrabaja de 20 nK. Se espera que este control del estado de la materia conduzca a avances tecnológicos y también permita la realización de la superfluidez.

En este trabajo, el profesor Quek Su Ying del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Singapur y su becario postdoctoral, el Dr. Ulman Kanchan, predijeron que la condensación de Bose-Einstein (BEC) puede tener lugar alrededor de 50 K a 100 K en orgánicos. Sistemas de materiales 2D (ver Figura) a través de su computación. Esta temperatura BEC es órdenes de magnitud más alta que la alcanzada previamente usando átomos. Las partículas que se condensan en los sistemas de materiales orgánicos bidimensionales son pares de huecos de electrones unidos (excitones) que se inducen en el sistema a través de la irradiación con luz. El electrón reside en el semiconductor 2D (disulfuro de molibdeno, MoS₂ ) y el hueco en la molécula orgánica (ftalocianina de zinc, ZnPc), en lo que se denomina un "excitón de transferencia de carga". La separación espacial entre el electrón y el hueco, junto con la naturaleza fuertemente unida de los excitones en estos materiales de baja dimensionalidad, da como resultado una larga vida útil de los excitones, que es fundamental para que se produzca BEC. Crucialmente, la temperatura BEC predicha es mucho más alta que la de los átomos. Esto se debe a que la temperatura BEC es inversamente proporcional a la masa de la partícula y la masa del excitón es mucho más pequeña que las masas atómicas típicas.

Antes de esta predicción, se observó BEC de excitones de transferencia de carga a alrededor de 100 K en bicapas de materiales 2D. Sin embargo, una dificultad práctica en la realización de BEC en estos sistemas fue la necesidad de una alineación cuidadosa de las dos capas de material. Las bicapas desalineadas albergan excitones con gran cantidad de movimiento, lo que dificulta la formación del condensado. En el caso de sistemas de materiales orgánicos bidimensionales, el estrecho ancho de banda de los estados moleculares implica que los excitones de transferencia de carga tienen un momento muy pequeño, lo que favorece la formación de BEC.

El profesor Quek dijo:"Las moléculas orgánicas como las ftalocianinas de metales de transición forman fácilmente monocapas ordenadas y autoensambladas en materiales 2D. Se espera que la predicción de BEC de alta temperatura de excitones en sistemas de materiales orgánicos 2D conduzca a realizaciones más prácticas de este estado exótico. de la materia, y allana el camino para el estudio de aplicaciones intrigantes relacionadas con los condensados ​​de Bose-Einstein". + Explora más

Condensación espontánea de Bose-Einstein de excitones