Descubren un nuevo estado de la materia

Un equipo de investigadores ha encontrado un nuevo estado de la materia distinto al líquido, sólido y gaseoso que todos conocemos. Sus descubridores lo llaman estado quiral bose-líquido y lo han encontrado en el diminuto mundo cuántico. El descubrimiento puede ayudarnos a entender mejor cómo funciona el tejido y los mecanismos de la realidad que nos rodea, sobre todo a escala cuántica: atómica y subatómica.

Desde pequeños nos han enseñado que hay tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. La diferencia entre estas distintas estructuras está en la interacción de las partículas que la forman. Si los átomos se encuentran limitados en su movimiento, tenemos un sólido, pero, si pueden fluir con libertad, tendrán forma de líquido o gas.

Estos son los estados que encontramos de manera habitual en la naturaleza, pero en los últimos años los avances científicos nos han permitido encontrar otros. Estados como el plasma o los condensados de Bose-Einstein se han podido descubrir gracias a las observaciones de la materia en entornos extremos o bajo las condiciones controladas de los laboratorios.

Cómo lo han encontrado

Para encontrar el nuevo estado de la materia, los investigadores han creado un sistema cuántico frustrado, es decir, un sistema al que han incorporado restricciones que impiden que las partículas interactúen como lo harían normalmente.

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"Es como un juego de sillas musicales, diseñado para frustrar a los electrones", afirma Tigran Sedrakyan, físico teórico de la materia condensada de la Universidad de Massachusetts Amherst, en EEUU, y autor principal del artículo publicado en la revista Nature. "En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora deben pelearse y tienen muchas posibilidades en cuanto a dónde sentarse".

En concreto, el equipo de Sedrakyan centró su investigación en los electrones. Y para su ‘juego de las sillas’ crearon un dispositivo semiconductor con dos capas (como el de la figura que hay dos párrafos más abajo) en el que no hay hueco para todos los electrones. La capa superior es donde están los electrones y la inferior donde están los huecos a los que los electrones se desplazan de forma natural, siempre que encuentren dónde sentarse.

Para observar la evolución del sistema, los investigadores utilizaron un campo magnético ultrafuerte que les permitió medir cómo se movían los electrones. Gracias a él pudieron encontrar la primera evidencia del nuevo estado.

Cómo es el estado quiral bose-líquido

Este nuevo estado de la materia tiene propiedades peculiares y potencialmente interesantes para la creación de nuevas tecnologías. Una de sus características más importantes es que los electrones se congelan de manera predecible y con una dirección de espín fija cuando los exponemos a una temperatura de cero absoluto (-273,15 grados Celsius).

Además, este espín (giro de las partículas hacia un lado o hacia el opuesto) no se pueden alterar ni con el choque contra otras partículas ni con la influencia de un campo magnético. Esta propiedad puede ser muy útil, dicen los investigadores, para crear sistemas de almacenamiento digital a nivel cuántico.

Otra de las propiedades características del estado quiral bose-líquido se debe a una de las asombrosas características de las partículas cuánticas: el entrelazamiento. En este caso, las partículas externas que afectan a un electrón pueden afectar a todos los electrones del sistema por muy lejos que estén unos de otros.

"Los estados cuánticos de la materia se encuentran en estos márgenes, y son mucho más extraños que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana", explica Sedrakyan.