Normalmente, debe haber un cambio de temperatura para ver una transición de fase: un líquido se enfría, se congela; un metal se calienta, pierde sus propiedades magnéticas. Pero hay algunas transiciones de fase en las que la temperatura no puedecambian, porque ocurren justo en el cero absoluto. Los puntos críticos cuánticos donde tienen lugar tales transiciones han sido objeto de una intensa investigación durante muchos años, sin embargo, todavía son muy desconcertantes para los físicos cuánticos.
Hasta ahora, por ejemplo, no ha habido un modelo teórico completo para la superconductividad a alta temperatura que se sospeche que esté estrechamente relacionado con puntos críticos cuánticos, aunque dicho modelo podría generar muchas aplicaciones técnicas útiles. Thomas Schäfer,Karsten Held y Alessandro Toschi del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien están trabajando para una mejor comprensión de estos fenómenos, publicando sus nuevas ideas en este campo en la revista Cartas de revisión física .
Fluctuaciones: si puede sacudirse, se sacudirá
"Las fluctuaciones térmicas son generalmente responsables de las transiciones de fase", explica Thomas Schäfer. "Las partículas individuales comienzan a sacudirse o rotar, por ejemplo, completamente al azar. Cuanto mayor es la temperatura, más pronunciadas se vuelven estas fluctuaciones, lo que puede conducir a unatransición de fase - haciendo que un sólido se derrita, por ejemplo "
A medida que reduce la temperatura, las partículas se mueven cada vez menos, hasta que alcanzan el cero absoluto, en cuyo punto ya no deberían moverse en absoluto. Por lo tanto, se podría suponer que la calma total se habrá restablecido en el cero absoluto, comoya nada puede cambiar ... pero no es tan simple como eso.
"La física cuántica afirma que es imposible que una partícula esté completamente en reposo en una ubicación específica", dice Alessandro Toschi. "El principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice que la posición y el momento no pueden determinarse con total precisión. Por lo tanto, la posición de una partículay el impulso aún puede cambiar en cero absoluto, incluso si las fluctuaciones térmicas clásicas ya no están presentes. Estos cambios se conocen como fluctuaciones cuánticas ".
Por lo tanto, cuando hace demasiado frío para los movimientos de agitación clásicos, la física cuántica garantiza que aún puedan ocurrir cosas físicamente interesantes. Y eso es exactamente por qué las transiciones de fase en cero absoluto son tan fascinantes sin fin.
Momento y energía
"Lo que es crucial para el comportamiento de las partículas es cómo se relaciona su impulso con la energía", dice Thomas Schäfer. Para una bola lanzada por el aire, la correlación es simple: cuanto mayor es el impulso, mayor es la energía cinética. La energíaaumenta como el cuadrado del momento. Pero para las partículas en un sólido, esta relación es mucho más complicada y puede verse muy diferente, dependiendo de la dirección en que se mueva la partícula. Por lo tanto, esta conexión se modela usando 'superficies Fermi',que pueden adoptar formas tridimensionales complejas.
"Hasta ahora, se pensaba que la forma de estas superficies de Fermi no era significativa en términos de transiciones de fase cuántica", dice Karsten Held. "Hemos podido demostrar que ese no es el caso. Solo si tomas la forma encuenta puede calcular con precisión ciertos efectos físicos, por ejemplo, la forma en que las propiedades magnéticas de un material cambiarán a medida que se acerque al cero absoluto ".
Ahora los investigadores esperan utilizar esta nueva herramienta para describir mejor los materiales críticos cuánticos, y tal vez arrojar luz sobre algunos de los grandes misterios que la ciencia de los materiales ha estado trabajando tan duro para resolver durante tantos años.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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