Físicos estadounidenses y austriacos han observado el entrelazamiento cuántico entre «miles de millones» de electrones que fluyen en un material crítico cuántico.

La investigación, que aparece esta semana en Science, examinó el comportamiento electrónico y magnético de un compuesto «extraño de metal» de iterbio, rodio y silicio a medida que se acercaba y atravesaba una transición crítica en el límite entre dos fases cuánticas bien estudiadas.

El estudio en la Universidad de Rice y la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) proporciona la evidencia directa más sólida hasta la fecha del papel del entrelazamiento en lograr la criticidad cuántica, dijo el coautor del estudio Qimiao Si de Rice.

«Cuando pensamos en el entrelazamiento cuántico, pensamos en cosas pequeñas», dijo Si. «No lo asociamos con objetos macroscópicos. Pero en un punto crítico cuántico, las cosas son tan colectivas que tenemos la oportunidad de ver los efectos del entrelazamiento, incluso en una película metálica que contiene miles de millones de objetos mecánicos cuánticos».

Si, físico teórico y director del Centro Rice para Materiales Cuánticos (RCQM), ha pasado más de dos décadas estudiando qué sucede cuando materiales como metales extraños y superconductores de alta temperatura cambian las fases cuánticas. Una mejor comprensión de dichos materiales podría abrir la puerta a nuevas tecnologías en informática, comunicaciones y más.

El equipo internacional superó varios desafíos para obtener el resultado. Los investigadores de TU Wien desarrollaron una técnica de síntesis de materiales altamente compleja para producir películas ultrapuras que contienen una parte de iterbio por cada dos partes de rodio y silicio (YbRh2Si2). A temperatura cero absoluta, el material experimenta una transición de una fase cuántica que forma un orden magnético a otro que no lo hace.

En Rice, el coautor del estudio, Xinwei Li, entonces un estudiante graduado en el laboratorio del coautor y miembro de RCQM, Junichiro Kono, realizó experimentos de espectroscopía de terahercios en las películas a temperaturas tan bajas como 1,4 Kelvin. Las mediciones de terahercios revelaron la conductividad óptica de las películas YbRh2Si2 cuando se enfriaron a un punto crítico cuántico que marcó la transición de una fase cuántica a otra.

«Con metales extraños, hay una conexión inusual entre la resistencia eléctrica y la temperatura», dijo el autor correspondiente Silke Bühler-Paschen del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien. «A diferencia de los metales simples como el cobre o el oro, esto no parece deberse al movimiento térmico de los átomos, sino a las fluctuaciones cuánticas a la temperatura cero absoluta».

Para medir la conductividad óptica, Li brilló una radiación electromagnética coherente en el rango de frecuencia de terahercios en la parte superior de las películas y analizó la cantidad de rayos de terahercios que pasaban en función de la frecuencia y la temperatura. Los experimentos revelaron la «escala de frecuencia sobre temperatura», un signo revelador de la criticidad cuántica, dijeron los autores.

Fuente. EP