Físicos han identificado un nuevo estado de la materia cuyo orden estructural opera con reglas más alineadas con la mecánica cuántica que con la teoría termodinámica estándar.

En un material clásico llamado hielo de espín artificial, que en ciertas fases parece desordenado, el material está realmente ordenado, pero en una forma «topológica».

«Nuestra investigación muestra por primera vez que sistemas clásicos como el hielo de espín artificial pueden diseñarse para demostrar fases ordenadas topológicamente», declaró Cristiano Nisoli, físico de Los Alamos National Laboratory y líder del gurpo teórico que colaboró con otro experimental en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dirigido por Peter Schiffer (ahora en la Universidad de Yale).

Los físicos generalmente clasifican las fases de la materia como ordenadas, tales como el cristal, y desordenadas, como los gases, y lo hacen sobre la base de la simetría de dicho orden, dijo Nisoli.

«La demostración de que estos efectos topológicos se pueden diseñar en un sistema de giro artificial abre la puerta a una amplia gama de posibles nuevos estudios», dijo Schiffer, cuyo trabajo se publica en Nature Physics.

En la nueva investigación, el equipo exploró una particular geometría de hielo de espín artificial, llamada Shakti. Si bien estos materiales están diseñados teóricamente, esta vez, el descubrimiento de sus propiedades exóticas y fuera de equilibrio surgió de los experimentos a la teoría.

Mediante la caracterización microscopía electrónica de fotoemisión en la Fuente de Luz Avanzada en el Lawrence Berkeley National Laboratory, el equipo de Schiffer reveló algo desconcertante: A diferencia de otros hielos de espín artificiales, que podrían llegar a su estado de baja energía a medida que la temperatura se redujo en enfriamientos sucesivos, el hielo de espín Shakti se mantuvo obstinadamente en el mismo nivel de energía. «El sistema se traba de una manera que no puede reordenarse a sí mismo, a pesar de que una reorganización a gran escala le permitiría caer a un estado de menor energía», dijo Schiffer.

Claramente, algo se está conservando, pero ya no parece ser un candidato obvio en un material diseñado artificialmente para proporcionar una imagen de espín desordenado.

Dejando de lado una imagen de espín y concentrándose en una descripción emergente de las excitaciones del sistema, Nisoli describió un estado de baja energía que podría ser descrita exactamente en un celebrado modelo teórico, el «modelo de cubierta dímero», cuyas propiedades topológicas ya habían sido reconocidas anteriormente. Luego, los datos del experimento confirmaron la conservación de la carga topológica y, por lo tanto, una larga vida para las excitaciones

«Lo encuentro más intrigante porque las estructuras téoricas normalmente se mueven de la física clásica a la física cuántica. No es así con el orden topológico», dijo Nisoli.

Fuente: europapress.es