Tecnología
Físicos descubren una nueva fase de la materia «mitad hielo, mitad fuego» que desafía las leyes físicas
Investigadores descubrieron una fase donde ciertos electrones mantenían un orden perfecto mientras otros eran caóticos. Ahora han hallado su opuesto bajo condiciones específicas.
Investigadores descubrieron una fase donde ciertos electrones mantenían un orden perfecto mientras otros eran caóticos. Ahora han hallado su opuesto bajo condiciones específicas.
Físicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven han descubierto una nueva fase de la materia que han bautizado como «mitad hielo, mitad fuego», un hallazgo que podría representar un importante avance en la comprensión de estados exóticos de la materia, así como revolucionar campos como la computación cuántica y las tecnologías de refrigeración.
El peculiar nombre de esta fase proviene de su estructura a nivel atómico: una combinación de espines de electrones «fríos» (muy ordenados) y espines «calientes» (muy desordenados) dentro del mismo material.
El descubrimiento se realizó mientras los físicos Weiguo Yin y Alexei Tsvelik, autores del estudio publicado a finales del año pasado en Physical Review Letters, estudiaban un modelo unidimensional de un material magnético denominado ferrimagneto. En concreto, trabajaron con el compuesto Sr3CuIrO6, formado por estroncio, cobre, iridio y oxígeno.
El gemelo oculto
Lo más fascinante de esta nueva fase es que representa el estado gemelo oculto de otra fase llamada «mitad fuego, mitad hielo», que el mismo equipo había descubierto previamente. La diferencia principal entre ambas fases radica en que los espines calientes y fríos intercambian sus posiciones: donde antes había desorden, ahora hay orden, y viceversa.
El camino hacia este descubrimiento ha sido largo. La historia se remonta a 2012, cuando Yin y Tsvelik formaban parte de una colaboración multiinstitucional que estudiaba este mismo compuesto. Posteriormente, en 2016, el equipo –que entonces incluía también a Christopher Roth, un becario que ahora es postdoctorado en el Flatiron Institute– identificó la fase «mitad fuego, mitad hielo».
En esta fase inicial, inducida por un campo magnético externo, los espines «calientes» se localizaban en los átomos de cobre y tenían momentos magnéticos más pequeños, mientras que los espines «fríos» se encontraban en los sitios de iridio y presentaban momentos magnéticos más grandes.
Sin embargo, como reconoce Tsvelik: «A pesar de nuestra exhaustiva investigación, aún no sabíamos cómo se podía utilizar este estado». El problema radicaba en que, según el modelo Ising unidimensional (un modelo matemático establecido del ferromagnetismo), no debería existir una transición de fase a temperatura finita. «Nos faltaban piezas del rompecabezas», añade el físico, según el reciente comunicado de prensa del Laboratorio Nacional de Brookhaven.
Transición de fase ultrarrápida
Ahora, el trabajo reciente dirigido por Yin ha revelado algo extraordinario: existe un rango de temperaturas extremadamente estrecho en el que se produce el cambio entre estas fases, un detalle clave que podría aprovecharse para desarrollar nuevas tecnologías basadas en cambios rápidos y controlados de fase.
Este fenómeno de «conmutación ultrarrápida» entre fases conlleva un cambio gigantesco de entropía magnética, algo que, según los autores, podría aprovecharse tanto para sistemas de refrigeración más eficientes, como para un tipo radicalmente nuevo de almacenamiento cuántico de información, donde las fases funcionarían como bits.
«Encontrar nuevos estados con propiedades físicas exóticas –y entender cómo transitar entre ellos– es uno de los grandes desafíos de la física de materiales», explicó Yin. «Y ahora, la puerta a nuevas posibilidades está abierta de par en par».
El equipo ya planea explorar este fenómeno en sistemas más complejos, incluyendo aquellos con espines cuánticos y otros grados de libertad adicionales.
Editado por Felipe Espinosa Wang con información de Laboratorio Nacional de Brookhaven, Newsweek y Live Science.
Deutsche Welle: DW.COM – Ciencia y Tecnologia
