08.01.2021 - Universität Innsbruck

Supersólidos revueltos

Sorprendentemente reversible

Los supersólidos son fluidos y sólidos al mismo tiempo. Físicos de Innsbruck y Ginebra han investigado por primera vez lo que sucede cuando un estado así se desequilibra. Descubrieron una forma suave de un sólido de gran interés para la ciencia. Como los investigadores dirigidos por Francesca Ferlaino y Thierry Giamarchi informan en la Física de la Naturaleza, también fueron capaces de revertir el proceso y restaurar la supersolidez.

El año pasado, más de cincuenta años después de las propuestas teóricas iniciales, los investigadores de Pisa, Stuttgart e Innsbruck lograron por primera vez, de forma independiente, crear los llamados supersólidos utilizando gases cuánticos ultracongelados de átomos de lantánido altamente magnéticos. Este estado de la materia es, en cierto sentido, sólido y líquido al mismo tiempo. "Debido a los efectos cuánticos, un gas muy frío de átomos puede desarrollar espontáneamente tanto un orden cristalino de un cristal sólido como un flujo de partículas como un líquido cuántico superfluido, es decir, un fluido capaz de fluir sin ninguna fricción" explica Francesca Ferlaino del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austríaca de Ciencias y del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck. "Muy simplificado, un supersólido dipolar puede imaginarse como una cadena de gotas cuánticas que se comunican entre sí a través de un baño de fondo superfluido", dice Thierry Giamarchi, físico teórico de la Universidad de Ginebra.

Sorprendentemente reversible

En la Física de la Naturaleza, los investigadores ahora informan de cómo tal estado supersólido reacciona si el baño superfluido entre las gotitas es drenado por el control del campo magnético externo. "Pudimos demostrar que sin el baño las gotitas pierden rápidamente el conocimiento sobre las demás y comienzan a comportarse como pequeños sistemas cuánticos independientes - se desfasan. El supersólido se convierte en un sólido normal", dice Maximilian Sohmen del equipo de Francecsa Ferlaino. "Este 'sólido', sin embargo, sigue siendo blando, puede tambalearse y soportar muchas excitaciones colectivas, llamadas fonones", añade Philipp Ilzhöfer del equipo de Innsbruck. "Esto hace que este estado sea un tema de estudio muy interesante pero complejo, con fuertes conexiones con la física del estado sólido y otros campos".

Tal vez sorprendentemente, los físicos de Innsbruck también fueron capaces de revertir este proceso de desfase: Cuando reabastecieron el baño de fondo, las gotitas renovaron su comunicación mediante el túnel de partículas y restablecieron la supersolidez.

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