Físicos descubren nueva fase "mitad hielo, mitad fuego"
Agencias
•
4 de abril de 2025
•
Hace 52 semanas
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Físicos del
Laboratorio Nacional de Brookhaven han descubierto una nueva fase de la materia que han bautizado como "
mitad hielo, mitad fuego".
Se trata de 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.
Nueva estructura a nivel atómico
El peculiar nombre de esta fase proviene de su estructura a nivel atómico.
Se trata de 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.
Estos físicos 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.
Estos 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.
Este es 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.
Los autores indican que esto podría aprovecharse tanto para
sistemas de refrigeración más eficientes, como para un tipo radicalmente
nuevo de almacenamiento cuántico de información.
"
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", agregó.
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.
