Excitón para niños
Un excitón es como un equipo especial de energía que se forma dentro de algunos materiales, como los semiconductores y los aislantes. Imagina que es una "cuasipartícula", lo que significa que se comporta como una partícula, pero no es una partícula fundamental por sí misma. Está hecho de dos partes: un electrón y un "hueco".
Un hueco es el espacio que deja un electrón cuando se mueve de su lugar original. Como el electrón tiene carga negativa y el hueco es la ausencia de esa carga (como si fuera una carga positiva), se atraen entre sí, formando este equipo llamado excitón.
Contenido
¿Qué es un Excitón?
Un excitón es una combinación de un electrón y un hueco que están unidos por una fuerza eléctrica. Piensa en ellos como si fueran imanes con cargas opuestas que se atraen. Esta unión hace que el excitón tenga una energía un poco menor que si el electrón y el hueco estuvieran separados.
¿Cómo se forma un Excitón?
La formación de un excitón comienza cuando un fotón (una partícula de luz) choca con un material semiconductor. Este choque le da energía a un electrón, haciendo que salte de su lugar habitual (llamado "banda de valencia") a un nivel de energía más alto (llamado "banda de conducción").
Cuando el electrón se va, deja un espacio vacío, que es el "hueco". Como el electrón y el hueco tienen cargas eléctricas opuestas, se atraen y se mantienen unidos, formando así el excitón.
¿Quién descubrió los Excitones?
La idea de los excitones fue propuesta por primera vez por el científico Yakov Frenkel en el año 1931. Él describió cómo los átomos en una red de materiales aislantes podían excitarse y cómo este estado de energía podía viajar a través del material sin que se moviera una carga eléctrica neta.
Tipos de Excitones
Los excitones no son todos iguales; pueden clasificarse en dos tipos principales, dependiendo de las características del material donde se forman.
Excitón de Mott-Wannier: Grande y Ligero
En los materiales semiconductores, la electricidad puede pasar con cierta facilidad. Esto hace que la fuerza de atracción entre el electrón y el hueco sea más débil. El resultado es un excitón de Mott-Wannier, que es bastante grande, mucho más grande que el tamaño de los átomos en el material.
Debido a su tamaño y a la forma en que se mueven el electrón y el hueco, la energía necesaria para mantenerlos unidos es muy pequeña. Este tipo de excitón lleva el nombre de los físicos Sir Nevill Francis Mott y Gregory Wannier.
Excitón de Frenkel: Pequeño y Fuerte
En otros materiales, donde la electricidad no pasa tan fácilmente, la fuerza de atracción entre el electrón y el hueco es muy fuerte. Esto hace que el excitón de Frenkel sea mucho más pequeño, casi del tamaño de una sola unidad del material.
En este caso, el electrón y el hueco están muy cerca el uno del otro. La energía que los mantiene unidos es mucho mayor que en el caso de los excitones de Mott-Wannier. Este tipo de excitón fue nombrado en honor a Yakov Frenkel.
¿Cómo se comportan los Excitones?
Los excitones tienen características especiales que los hacen interesantes para los científicos.
¿Cuánto duran los Excitones?
Los excitones no duran para siempre. Eventualmente, el electrón vuelve a ocupar el hueco, y el excitón desaparece. Este proceso se llama recombinación. La duración de un excitón, o su "vida media", puede variar, pero algunos pueden durar bastante tiempo.
Cuando un excitón se recombina, la energía que tenía se libera. A veces, esta energía se convierte en calor, y otras veces se emite como luz.
¿Cómo se mueven los Excitones?
Aunque los excitones no tienen carga eléctrica neta, pueden moverse a través del material. Es como si la energía que representan se trasladara de un lugar a otro. Esta capacidad de movimiento es importante en cómo interactúan con la luz y otros elementos del material.
¿Qué energía transportan los Excitones?
Una característica importante de los excitones es que, aunque transportan energía, no transportan carga eléctrica. Esto significa que no contribuyen a la corriente eléctrica en un material. Son como pequeños paquetes de energía que se mueven sin llevar electricidad.
Interacciones de los Excitones
Los excitones pueden interactuar con la luz y con otros excitones, lo que los hace muy importantes en la ciencia de los materiales.
Excitones y la Luz
Los excitones son muy importantes para entender cómo los materiales semiconductores absorben y emiten luz, especialmente a bajas temperaturas. Cuando un material emite luz, a menudo es porque los excitones se están recombinando y liberando su energía en forma de fotones.
Para estudiar los excitones, los científicos suelen enfriar los materiales a temperaturas muy bajas. Esto ayuda a que los excitones sean más estables y fáciles de observar.
Excitones entre sí
Los excitones también pueden interactuar entre ellos. Si la interacción es de atracción, dos excitones pueden unirse para formar un "biexcitón", que es como una molécula de dos excitones.
Si hay muchos excitones juntos en un material, pueden formar un estado especial llamado "líquido de electrones-huecos". Además, los excitones se comportan de una manera que les permite, bajo ciertas condiciones y a temperaturas muy bajas, formar un estado llamado "condensado de Bose-Einstein", que es un estado de la materia donde muchas partículas se comportan como una sola. Los científicos han logrado observar estos condensados en experimentos.
Galería de imágenes
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Un excitón se forma cuando un electrón (círculo azul) y un hueco (círculo rojo) se unen.
Véase también
En inglés: Exciton Facts for Kids
