El líquido cuántico se vuelve sólido al calentarse
Los sólidos pueden fundirse por calentamiento, pero en el mundo cuántico también puede ser al revés
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.
Cuando se calienta un líquido cuántico, pueden aparecer estructuras cristalinas.
Aarhus University
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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