Los electrones se comportan como un líquido y rompen las leyes fundamentales de la física.

Energía

Equipo Editorial del Sitio Web de Innovación Tecnológica - 2 de octubre de 2025

Es literalmente una inundación, solo de electrones, no de agua. [Imagen: IISC]

Conexión entre la electricidad y el calor

Los libros de texto de física proporcionan una regla muy clara para los metales, conocida como la ley de Wiedemann-Franz, que establece que los valores de conductividad eléctrica y conductividad térmica deben ser directamente proporcionales.

O al menos deberían serlo.

Pero eso no es lo que documentaron Aniket Majumdar y sus colegas del Instituto Indio de Ciencias. Observaron una marcada desviación de esta ley, de más de 200 veces, lo que demuestra la disociación de los mecanismos de carga eléctrica y conducción de calor.

El trabajo aborda un enigma central de la física cuántica que sigue sin resolverse: ¿podrían los electrones comportarse como un fluido perfecto, sin fricción, con propiedades eléctricas descritas por un número cuántico universal?

Esta propiedad única de los electrones ha sido extremadamente difícil de detectar en cualquier material hasta ahora, debido a la presencia de defectos atómicos, impurezas e imperfecciones en las muestras de prueba. Majumdar resolvió este problema fabricando muestras de grafeno excepcionalmente puras, lo que le permitió, por primera vez, rastrear cómo un material 2D, con una estructura cristalina ordenada como los metales, conduce la electricidad y el calor simultáneamente.

Para su sorpresa, los investigadores descubrieron una relación inversa entre ambas propiedades: a medida que un valor (conductividad eléctrica) aumentaba, el otro (conductividad térmica) disminuía, y viceversa. La variación era muy grande, lo que representaba una drástica violación de la ley de Wiedemann-Franz.

Líquido de electrones

El comportamiento exótico surgió en el llamado «punto de Dirac», un punto de inflexión electrónica preciso —que se logra ajustando el número de electrones en el material— donde el grafeno no es ni un metal ni un aislante. En este estado, los electrones dejan de comportarse como partículas individuales y, en cambio, se mueven juntos como un líquido, similar al agua, pero cien veces menos viscoso.

"Debido a que este comportamiento similar al agua se encuentra cerca del punto de Dirac, se llama fluido de Dirac, un estado exótico de la materia que imita el plasma de quarks y gluones , una sopa de partículas subatómicas altamente energéticas observadas en los aceleradores de partículas del CERN", dijo Majumdar.

Y el disociación entre los mecanismos de carga eléctrica y conducción de calor no es un evento aleatorio: tanto la carga como la conducción de calor, en este caso, dependen de una constante universal independiente del material, que es igual al cuanto de conductancia, un valor fundamental relacionado con el movimiento de los electrones.

Así, dicen los investigadores, el experimento demuestra que el grafeno funciona como una plataforma de bajo coste para investigar conceptos de física muy amplios, desde la entropía y el entrelazamiento cuántico, en las escalas más pequeñas, hasta fenómenos de la física de altas energías y la astrofísica, como la termodinámica de los agujeros negros, todo ello en un entorno de laboratorio.

Desde un punto de vista tecnológico, la presencia de fluido de Dirac en el grafeno también presenta un potencial significativo para su uso en sensores cuánticos capaces de amplificar señales eléctricas y detectar campos magnéticos extremadamente débiles.

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