Un cristal que puede fluir: un descubrimiento fundamental que redefine nuestra comprensión de la materia

Un equipo de físicos de Estados Unidos demostró, que incluso los exóticos estados cuánticos de la materia pueden transformarse entre sí de manera "natural", sin artificios externos adicionales. En el experimento lograron detener el movimiento perpetuo característico de la superfluidez, obteniendo un estado que combina propiedades de un cristal y de un líquido cuántico.

Científicos de la Universidad de Columbia en Nueva York y de la Universidad de Texas en Austin informaron sobre la primera observación de la transición de fase de un estado superfluido a uno supersólido basado en excitones. La superfluidez surge al enfriar las partículas casi hasta el cero absoluto, cuando la fricción desaparece y el fluido puede moverse sin pérdidas, y al agitarse forma vórtices cuánticos estables.

El estado supersólido es paradójico. La viscosidad nula y la capacidad de sostener vórtices cuánticos se mantienen, pero las propias partículas dejan de moverse libremente y se ordenan en una red regular parecida a un cristal. Anteriormente se habían obtenido estos estados en laboratorios, pero por lo general se requerían campos y equipos adicionales que 'fijaban' la estructura de forma forzada. En el nuevo trabajo, según describen los autores, la transición ocurrió sin ese tipo de apoyos externos.

En la base del experimento estaban dos capas de grafeno, es decir, un material de carbono de espesor atómico con una estructura en forma de panal. El sistema se colocó en un campo magnético intenso y se enfrió para formar una "sopa" de excitones, cuasipartículas que surgen cuando se excita un electrón y aparece un hueco, que juntos forman una pareja eléctricamente neutra. A una temperatura de aproximadamente 1,5-4 °C por encima del cero absoluto, los excitones pasaban al estado superfluido y, al enfriar aún más, el sistema se volvía supersólido.

Actualmente el grupo está precisando los límites del régimen aislante descubierto y desarrolla métodos de medición, ya que el material en ese estado no conduce la corriente. Otra tarea está relacionada con que para la aparición de las fases superfluida y supersólida hizo falta un campo magnético intenso, por lo que los investigadores buscan materiales alternativos que permitan prescindir de él. El interés por los excitones se explica porque son mucho más ligeros que los átomos de helio y pueden formar estados cuánticos similares a temperaturas comparativamente más altas. Los resultados se publicaron en la revista Nature.