En física de la materia condensada , la separación espín-carga es un comportamiento inusual de los electrones en algunos materiales en los que se "dividen" en tres partículas independientes, el espín , la órbita y el holón (o carga). El electrón siempre puede considerarse teóricamente como un estado ligado de los tres, con el espín llevando el espín del electrón, el orbitón llevando el grado de libertad orbital y el cargan llevando la carga , pero en determinadas condiciones pueden comportarse como cuasipartículas independientes. .
La teoría de la separación espín-carga se origina en el trabajo de Sin-Itiro Tomonaga , quien desarrolló un método aproximado para tratar sistemas cuánticos unidimensionales que interactúan en 1950. [1] Este fue luego desarrollado por Joaquin Mazdak Luttinger en 1963 con un modelo exactamente resoluble. que demostró la separación espín-carga. [2] En 1981, F. Duncan M. Haldane generalizó el modelo de Luttinger al concepto de líquido Tomonaga-Luttinger [3] mediante el cual se demostró teóricamente que la física del modelo de Luttinger era una característica general de todos los sistemas metálicos unidimensionales. Aunque Haldane trató fermiones sin espín, la extensión a los fermiones de espín-½ y la separación asociada de espín-carga 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 es contraintuitiva, porque ni el espín, con carga cero y espín medio, ni el cargón, con carga menos uno y espín cero, pueden construirse como combinaciones de electrones, huecos , fonones y fotones que son los constituyentes del sistema. . Es un ejemplo de fraccionalización , el fenómeno en el que los números cuánticos de las cuasipartículas no son múltiplos de los de las partículas elementales, sino fracciones. [ cita necesaria ]
Las mismas ideas teóricas se han aplicado en el marco de los átomos ultrafríos . En un gas Bose de dos componentes en 1D, las interacciones fuertes pueden producir una forma máxima de separación de carga y espín. [4]
Basándose en 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 pequeño espacio se dividirá en espines y holones debido a la intensidad de sus Repulsión mutua (por tener la misma carga). [5] [6] Un equipo de investigadores que trabajan 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 entre espín y carga tres años antes. [7]