Un equipo de físicos de la Universidad de Rice ha logrado un avance significativo en la comprensión de los metales extraños, materiales que desafían las reglas convencionales de la electricidad y el magnetismo. Su estudio, publicado recientemente en Nature Communications, revela que los electrones en estos metales se vuelven más entrelazados en un punto crítico, lo que proporciona una nueva perspectiva sobre el comportamiento de estos enigmáticos materiales. Este descubrimiento podría abrir la puerta a avances en superconductores, con el potencial de transformar el uso de la energía en el futuro.
A diferencia de los metales convencionales como el cobre o el oro, que poseen propiedades eléctricas bien comprendidas, los metales extraños presentan comportamientos mucho más complejos que escapan a las descripciones tradicionales. Dirigidos por Qimiao Si, profesor de Física y Astronomía en Rice, el equipo de investigación recurrió a la información cuántica de Fisher (QFI), un concepto de la metrología cuántica utilizado para medir la evolución de las interacciones electrónicas bajo condiciones extremas, para encontrar respuestas. Los hallazgos indican que el entrelazamiento electrónico, un fenómeno cuántico fundamental, alcanza su punto máximo en un punto crítico cuántico: la transición entre dos estados de la materia.
Un nuevo enfoque para estudiar los metales extraños
En la mayoría de los metales, los electrones se mueven de manera ordenada, siguiendo leyes físicas bien establecidas. Sin embargo, los metales extraños rompen estas reglas, mostrando una resistencia inusual a la electricidad y comportándose de maneras inusuales a temperaturas muy bajas. Para explorar este enigma, los investigadores se centraron en un modelo teórico conocido como la red de Kondo, que describe cómo los momentos magnéticos interactúan con los electrones circundantes.
En un punto de transición crítico, estas interacciones se vuelven tan intensas que los bloques fundamentales del comportamiento eléctrico, conocidos como cuasipartículas, desaparecen. Utilizando QFI, los investigadores rastrearon el origen de esta pérdida de cuasipartículas hasta cómo los giros electrónicos se entrelazan, encontrando que el entrelazamiento alcanza su pico precisamente en este punto crítico cuántico.
Este enfoque novedoso aplica la QFI, que se utiliza principalmente en información cuántica y mediciones de precisión, al estudio de metales. Según Si, «al integrar la ciencia de la información cuántica con la física de la materia condensada, estamos pivotando en una nueva dirección en la investigación de materiales».
Los cálculos teóricos realizados por los investigadores se alinearon inesperadamente con datos experimentales del mundo real, específicamente con resultados de dispersión de neutrones inelástica, una técnica utilizada para sondear materiales a nivel atómico. Esta conexión refuerza la idea de que el entrelazamiento cuántico desempeña un papel fundamental en el comportamiento de los metales extraños.
La comprensión de los metales extraños va más allá de un desafío académico; podría tener beneficios tecnológicos significativos. Estos materiales tienen una conexión estrecha con los superconductores de alta temperatura, que tienen el potencial de transmitir electricidad sin pérdidas energéticas. Desbloquear sus propiedades podría revolucionar las redes eléctricas, haciendo la transmisión de energía más eficiente.
El estudio también demuestra cómo se pueden aplicar herramientas de información cuántica a otros materiales exóticos. Los metales extraños podrían desempeñar un papel en futuras tecnologías cuánticas, donde el entrelazamiento mejorado es un recurso valioso. La investigación proporciona un nuevo marco para caracterizar estos materiales complejos al mostrar cuándo se produce el pico de entrelazamiento.
El equipo de investigación incluyó a Yuan Fang, Yiming Wang, Mounica Mahankali y Lei Chen de Rice, junto con Haoyu Hu del Donostia International Physics Center y Silke Paschen de la Universidad Técnica de Viena.
