Separación espín-carga

En física de la materia condensada , la separación espín-carga es un comportamiento inusual de los electrones en algunos materiales, donde se "dividen" en tres partículas independientes: el espinón , el orbitón y el holón (o chargón). Teóricamente, el electrón siempre puede considerarse como un estado ligado de las tres, donde el espinón porta el espín del electrón, el orbitón el grado de libertad orbital y el chargón la carga ; sin embargo, bajo ciertas condiciones, pueden comportarse como cuasipartículas independientes .

La teoría de la separación espín-carga tiene su origen en el trabajo de Sin-Itiro Tomonaga , quien desarrolló un método aproximado para tratar sistemas cuánticos unidimensionales interactuantes en 1950. ^{[ 1 ]} Posteriormente , Joaquín Mazdak Luttinger lo desarrolló en 1963 con un modelo exactamente soluble que demostró la separación espín-carga. ^{[ 2 ]} En 1981, F. Duncan M. Haldane generalizó el modelo de Luttinger al concepto de líquido de Tomonaga-Luttinger ^{[ 3 ]} mediante el cual se demostró teóricamente que la física del modelo de Luttinger es una característica general de todos los sistemas metálicos unidimensionales. Aunque Haldane trató fermiones sin espín, la extensión a fermiones de espín ½ y la separación espín-carga asociada fue tan clara que el artículo de seguimiento prometido no apareció.

La separación espín-carga es una de las manifestaciones más inusuales del concepto de cuasipartículas . Esta propiedad resulta contraintuitiva, ya que ni el espinón, con carga cero y espín 1/2, ni el chargón, con carga menos uno y espín cero, pueden construirse como combinaciones de los electrones, huecos , fonones y fotones que constituyen el sistema. Se trata de un ejemplo de fraccionamiento , fenómeno en el que los números cuánticos de las cuasipartículas no son múltiplos de los de las partículas elementales, sino fracciones.

Las mismas ideas teóricas se han aplicado en el marco de los átomos ultrafríos . En un gas de Bose de dos componentes en 1D, las interacciones fuertes pueden producir una forma máxima de separación espín-carga. ^{[ 4 ]}

Partiendo de la teoría de 1981 del físico F. Duncan M. Haldane , expertos de las Universidades de Cambridge y Birmingham demostraron experimentalmente en 2009 que una masa de electrones confinados artificialmente en un espacio pequeño se dividirá en espinones y holones debido a la intensidad de su repulsión mutua (por tener la misma carga). ^{[ 5 ] [ 6 ]} Un equipo de investigadores que trabajaba en la Fuente de Luz Avanzada (ALS) del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. observó las estructuras espectrales máximas de la separación espín-carga tres años antes. ^{[ 7 ]}

• _{Observación de la separación de espín-carga en SrCuO 2} unidimensional
• _{Dispersiones distintas de espinones y holones en las funciones espectrales de fotoemisión del SrCuO₂} unidimensional  : Resumen