El líquido cuántico se vuelve sólido al calentarse
En un esfuerzo conjunto, un equipo experimental
dirigido por Francesca Ferlaino en Innsbruck, Austria, y un equipo teórico
dirigido por Thomas Pohl en Aarhus, Dinamarca, muestran en Nature
Communications cómo un líquido cuántico forma estructuras supersólidas por
calentamiento. Los científicos obtuvieron un primer diagrama de fases de un
supersólido a temperatura finita.
Los supersólidos son un campo de investigación
relativamente nuevo y apasionante. Presentan propiedades de sólido y superfluido
simultáneamente. En 2019, tres grupos de investigación lograron demostrar por
primera vez sin lugar a dudas este estado en gases cuánticos ultrafríos, entre
ellos el grupo de investigación dirigido por Francesca Ferlaino del
Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el
Instituto ÖAW de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de Innsbruck.
En 2021, el equipo de Francesca Ferlaino estudió en
detalle el ciclo de vida de los estados supersólidos en un gas dipolar de átomos
de disprosio. Observaron algo inesperado: "Nuestros datos sugerían que un
aumento de la temperatura favorece la formación de estructuras
supersólidas", relata Claudia Politi, del equipo de Francesca Ferlaino.
"Este sorprendente comportamiento supuso un importante impulso para la
teoría, que hasta entonces había prestado poca atención a las fluctuaciones
térmicas en este contexto".
Los científicos de Innsbruck se unieron al grupo
teórico danés dirigido por Thomas Pohl para explorar el efecto de la fluctuación
térmica. Desarrollaron y publicaron en Nature Communications un modelo teórico
que puede explicar los resultados experimentales y subraya la tesis de que el
calentamiento del líquido cuántico puede conducir a la formación de un cristal
cuántico. El modelo teórico muestra que, a medida que aumenta la temperatura,
estas estructuras pueden formarse con mayor facilidad.
"Con el nuevo modelo, disponemos por primera
vez de un diagrama de fases que muestra la formación de un estado supersólido
en función de la temperatura", se congratula Francesca Ferlaino. "El
sorprendente comportamiento, que contradice nuestra observación cotidiana,
surge de la naturaleza anisótropa de la interacción dipolo-dipolo de los átomos
fuertemente magnéticos del disprosio".
La investigación es un paso importante hacia una
mejor comprensión de los estados supersólidos de la materia y ha sido
financiada por el Fondo Austriaco para la Ciencia FWF, el Consejo Europeo de
Investigación ERC y la Unión Europea, entre otros.
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