Descubren una nueva fase de la materia: 'mitad hielo, mitad fuego'
Dos físicos del Brookhaven National Laboratory en Estados Unidos han identificado una nueva fase de la materia al estudiar un sistema unidimensional modelo de un material magnético. El hallazgo revela un patrón inédito de espines electrónicos, los minúsculos momentos magnéticos de los electrones, que combina regiones altamente ordenadas, denominadas 'espines fríos', con zonas caóticas o 'espines calientes'. Esta estructura híbrida ha sido bautizada como 'mitad hielo, mitad fuego', por su singular fusión de orden y desorden.
La relevancia de esta fase no reside únicamente en su novedad, sino en su capacidad para inducir cambios de fase extremadamente abruptos a temperaturas finitas razonables, algo inusual en modelos magnéticos unidimensionales. Estos cambios podrían aprovecharse en sectores estratégicos como el de la energía o las tecnologías de la información, según han destacado los investigadores, Weiguo Yin y Alexei Tsvelik, en un artículo publicado recientemente en Physical Review Letters.
El hallazgo representa un avance respecto a una fase anterior, denominada 'mitad fuego, mitad hielo', que los propios Yin y Tsvelik, junto con el joven investigador Christopher Roth, identificaron en 2016 en un estudio sobre el compuesto magnético Sr3CuIrO3. En esa ocasión, los espines del cobre permanecían en un estado completamente desordenado, mientras que los del iridio se mantenían ordenados. El fenómeno se producía bajo la influencia de un campo magnético externo crítico, pero no parecía presentar transiciones de fase a temperatura finita, un aspecto que durante años limitó su aplicación práctica.
La nueva investigación ha revelado que el estado anterior ocultaba un gemelo inverso, en el que los espines calientes y fríos intercambian su comportamiento. Esta simetría oculta da lugar a la fase 'mitad hielo, mitad fuego' y permite una conmutación ultrarrápida entre ambos estados dentro de un rango térmico extraordinariamente estrecho. Este tipo de conmutación conlleva un cambio drástico de entropía magnética, lo que podría aprovecharse, por ejemplo, en sistemas avanzados de refrigeración o en tecnologías de memoria cuántica donde las fases funcionarían como bits de información.
Yin ha subrayado que uno de los desafíos centrales en la física de la materia condensada es descubrir nuevos estados con propiedades físicas exóticas y poder manipular las transiciones entre ellos. Esta comprensión resulta clave para desarrollar aplicaciones futuras en Campos punteros como la computación cuántica o la espintrónica, donde el control de los espines es esencial. El siguiente paso de los investigadores será estudiar estas fases en sistemas con espines cuánticos y grados de libertad adicionales relacionados con la carga, la red y los orbitales electrónicos.
