Un equipo del Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos ha descubierto un estado de la materia completamente nuevo. Lo han llamado “mitad hielo, mitad fuego” y es tan extraño como suena. En este estado, una parte del material está completamente ordenada (hielo) y la otra totalmente desordenada (fuego). Este descubrimiento fue publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters.
¿Qué significa “mitad hielo, mitad fuego”?
Los materiales magnéticos están formados por partículas llamadas electrones, que tienen un pequeño giro llamado spin. Cuando los spins están ordenados, el material puede comportarse como un imán. Cuando están desordenados, no hay magnetismo.
En el estado “mitad hielo, mitad fuego”, una parte del material tiene los spins perfectamente ordenados (como en un bloque de hielo), mientras que la otra parte tiene spins totalmente caóticos (como en una llama encendida). Es una combinación que nunca se había observado en la naturaleza.
Un material muy especial hizo posible el descubrimiento
El fenómeno se encontró en un material llamado Sr₃CuIrO₆, compuesto por estroncio, cobre, iridio y oxígeno. Este material tiene una estructura única, que permite que dos tipos de electrones —unos en los átomos de cobre y otros en los de iridio— se comporten de forma opuesta al mismo tiempo.
- Los espines del cobre se desordenan y se vuelven calientes (como fuego).
- Los espines del iridio se ordenan completamente (como hielo).
Esta mezcla extraña solo ocurre bajo ciertas condiciones de temperatura y campo magnético, lo que lo hace aún más especial.
Lo que sorprende a los científicos
Este nuevo estado de la materia no forma parte del estado fundamental del material. Es decir, no es el estado natural más estable, sino uno oculto, que solo aparece en ciertas condiciones. Por eso, se le llama estado excitado oculto.
Lo más impresionante es que este estado puede impulsar un cambio de fase repentino a temperaturas finitas. Esto significa que el material puede cambiar bruscamente de un estado magnético a otro como si fuera agua que hierve o se congela, pero sin necesidad de temperaturas extremas.
¿Por qué es tan importante este hallazgo?
Normalmente, en algunos sistemas simples como el modelo de Ising unidimensional, no es posible tener cambios de fase a temperaturas normales. Sin embargo, este nuevo estado rompe esa regla. Demuestra que sí se puede lograr un cambio brusco, incluso en sistemas que antes se creían incapaces de hacerlo. Esto puede cambiar la forma en que entendemos la física de materiales magnéticos y cómo diseñamos nuevos dispositivos.
Resistencia al caos: un estado robusto
Otra ventaja del estado “mitad hielo, mitad fuego” es su resistencia a las perturbaciones. A diferencia de su hermano, el estado “mitad fuego, mitad hielo”, este nuevo estado no se destruye fácilmente cuando cambian las condiciones.
Los investigadores descubrieron que este estado se mantiene firme incluso si se modifican algunos de los parámetros del sistema. Esto lo hace ideal para aplicaciones tecnológicas, porque no se rompe con facilidad.
Posibles usos tecnológicos en el futuro cercano
Aunque aún está en fase de investigación básica, este descubrimiento podría tener muchas aplicaciones:
- Computación cuántica: manipular estados cuánticos estables como este podría ayudar a crear bits cuánticos (qubits) más confiables.
- Refrigeración magnética: al controlar los cambios de fase con precisión, se podrían diseñar sistemas de enfriamiento más eficientes.
- Almacenamiento de información: este estado permitiría crear dispositivos de memoria que funcionan con temperaturas más bajas y de forma más estable.
Los cambios bruscos y controlables de fase son muy buscados en la industria tecnológica, y este hallazgo ofrece una nueva herramienta para lograrlo.
Un largo camino de investigación
Este descubrimiento no ocurrió de la noche a la mañana. Los investigadores Weiguo Yin y A. M. Tsvelik comenzaron a estudiar este tipo de materiales en 2012. En 2016, centraron su atención en este compuesto específico. Después de años de estudios, cálculos y simulaciones, lograron identificar y entender el comportamiento del estado oculto.
Conclusión
El descubrimiento del estado “mitad hielo, mitad fuego” marca, sin duda, un avance sorprendente en la física de materiales. Por un lado, combina orden y desorden de manera única; por otro, desafía lo que se creía establecido. Además, su resistencia y capacidad para controlar transiciones de fase lo hacen muy prometedor.
Debido a ello, este hallazgo podría revolucionar campos como la computación cuántica, la refrigeración avanzada y el diseño de materiales. A pesar de los avances previos, este estudio demuestra que la materia aún guarda secretos. En resumen, se trata de un descubrimiento que abre nuevas puertas al conocimiento científico.
- Arantes, S and Zanatta, G. Yin, W., & Tsvelik, A. M. (2024). Phase Switch Driven by the Hidden Half-Ice, Half-Fire State in a Ferrimagnet. Physical Review Letters, 133(26), 266701.