En física de la materia condensada , la separación de espín y carga es un comportamiento inusual de los electrones en algunos materiales en los que se "dividen" en tres partículas independientes, el espinón , el orbitón y el holón (o chargón). El electrón siempre puede considerarse teóricamente como un estado ligado de los tres, con el espinón llevando el espín del electrón, el orbitón llevando el grado de libertad orbital y el chargón llevando la carga , pero en ciertas condiciones pueden comportarse como cuasipartículas independientes .
La teoría de la separación espín-carga se origina con el trabajo de Sin-Itiro Tomonaga , quien desarrolló un método aproximado para tratar sistemas cuánticos unidimensionales en interacción en 1950. [1] Esto fue desarrollado luego por Joaquín Mazdak Luttinger en 1963 con un modelo exactamente solucionable 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] por medio del 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 fermiones de espín ½ y la separación espín-carga asociada fue tan clara que el artículo de seguimiento prometido no apareció.
La separación de espín y carga es una de las manifestaciones más inusuales del concepto de cuasipartículas . Esta propiedad es contraintuitiva, porque ni el espinón, con carga cero y espín medio, ni el cargón, con carga menos uno y espín cero, pueden construirse como combinaciones de los electrones, huecos , fonones y fotones que son los constituyentes del sistema. Es un ejemplo de fraccionamiento , el fenómeno en el que los números cuánticos de las cuasipartículas no son múltiplos de los de las partículas elementales, sino fracciones. [ cita requerida ]
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 de espín y carga. [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 juntos 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 separación de espín-carga tres años antes. [7]