Científicos detectan un estado de la materia que no debería existir

Un hallazgo revolucionario en la física de materiales podría transformar el futuro de la computación cuántica y la espintrónica. Dos físicos del Brookhaven National Laboratory, en Estados Unidos, identificaron una nueva fase de la materia que combina orden y caos a escala subatómica, en un patrón nunca antes observado: lo han bautizado como "mitad hielo, mitad fuego".

La fase fue descubierta por los investigadores Weiguo Yin y Alexei Tsvelik, al estudiar un modelo unidimensional de un material ferrimagnético. El fenómeno consiste en una disposición exótica de los espines electrónicos —los pequeños momentos magnéticos que posee cada electrón— en la que coexisten regiones de espines “fríos” altamente ordenados y espines “calientes” completamente desordenados.

“La coexistencia tan extrema de orden y desorden magnético no se había observado antes. Esta fase puede provocar transiciones de estado extremadamente abruptas a temperaturas razonables”, explicó Yin en un comunicado. “Comprender y controlar estos fenómenos es clave para avanzar en tecnologías como la computación cuántica y la espintrónica”.

El hallazgo, publicado en la revista Physical Review Letters, no solo añade una nueva fase al catálogo de estados de la materia, sino que también revela un comportamiento físico que podría aprovecharse en sistemas de almacenamiento cuántico o en innovaciones para la refrigeración magnética de próxima generación.

La historia detrás del descubrimiento

Esta nueva fase es la contraparte de otra previamente identificada por el mismo equipo. En 2016, Yin y Tsvelik, junto con el investigador Christopher Roth, describieron la fase “mitad fuego, mitad hielo”, observada en un compuesto de estroncio, cobre e iridio (Sr₃CuIrO₃). En ella, los espines en los átomos de cobre estaban completamente desordenados, mientras que los del iridio mostraban un orden perfecto.

Sin embargo, durante años no se comprendió del todo cómo se producía la transición entre ambas fases ni cuál era su utilidad práctica. Ahora, con este nuevo hallazgo, los científicos afirman haber encontrado la pieza faltante del rompecabezas: la existencia de una fase opuesta oculta, en la que los espines fríos y calientes invierten sus posiciones.

“El modelo revela que esta conmutación entre fases ocurre en un rango de temperatura ultraestrecho. Y eso es justamente lo que abre la puerta a posibles aplicaciones tecnológicas, como interruptores cuánticos o memorias magnéticas ultrarrápidas”, señaló Tsvelik.

¿Para qué sirve este descubrimiento?

El comportamiento único de esta fase podría aprovecharse en el diseño de dispositivos que requieran cambios de estado controlados con gran precisión. Por ejemplo, la transición entre el orden y el desorden magnético —con un cambio abrupto de entropía— podría emplearse en sistemas de refrigeración más eficientes o en tecnologías emergentes de almacenamiento cuántico, donde cada fase actúe como un bit cuántico.

Los investigadores también apuntan a extender sus estudios al fenómeno fuego-hielo en materiales con espines cuánticos y otras propiedades como carga y orbitales.