Observan por primera vez una cuasipartícula que previó como concepto un físico de la URSS

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Visualizado con ayuda de un poderoso láser, el llamado polarón se movió por una estructura cristalina similar a la de los paneles fotovoltaicos y su tamaño creció hasta 50 veces.

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Las distorsiones fugaces que se producen en la red atómica de un cristal como respuesta al movimiento de electrones por ese material, son un fenómeno que por largo tiempo se mantuvo en el terreno de las hipótesis. En 1933, el físico soviético Lev Landau propuso el concepto ‘polarón’ para referirse a esa realidad invisible, que desde entonces fue considerada como una cuasipartícula. Pero solo a finales del año pasado pudieron los físicos ver por primera vez cómo se forman y evolucionan los polarones.

Para la ciencia es un logro importante, dado que las mencionadas distorsiones en los cristales de titanato de calcio, lllamados perovskitas, son precisamente lo que explica cómo funcionan las células fotoeléctricas o solares fabricadas con ese compuesto. Los cambios producidos en la red cristalina son efímeros, duran billonésimas de segundo, pero proporcionan una eficiencia récord a la tecnología fotovoltaica, y ahora resulta que se les puede observar sin necesidad de más que un potente láser.

Investigadores del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC, de Estados Unidos, recurrieron a un láser de rayos X de electrones libres para echar un vistazo dentro de los microcristales de perovskita. Esto permitió al equipo capturar sus movimientos a ‘nanoescala’, determinar qué forma adoptan los polarones y seguir su evolución.

“Cuando cargas el material, al calentarlo con la luz –como sucede en una célula solar–, se liberan electrones y comienzan a moverse por el material”, explicó a comienzos de este enero uno de los científicos participantes en esa prueba, Burak Guzelturk, integrante de un laboratorio adscrito al Departamento de Energía de EE.UU. “Acto seguido se ven envueltos por una especie de burbuja de distorsión local, el polarón, que los acompaña”.

El investigador se refirió también a la difundida opinión de que estas burbujas podrían evitar que los electrones se dispersen por defectos en el material, ayudándolos a moverse de manera más eficiente.

Durante su brevísima vida, el tamaño del polarón aumenta 50 veces y empuja aproximadamente 10 capas de átomos hacia afuera. Aunque esa escala de dimensiones es mucho mayor de lo que esperaban ver, los científicos todavía no tienen clara la relación entre el avance de los polarones por la red cristalina y sus propiedades eléctricas.

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