Descubren un nuevo orden en un material de electrónica cuántica

Dos profesores de física de la Universidad de Rutgers, en Nueva Jersey (Estados Unidos), en colaboración con una físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han propuesto una explicación para un nuevo tipo de orden, o simetría, que se produce en un material exótico formado por uranio, entre otros elementos.

Su teoría podría propiciar el desarrollo de pantallas de ordenador mejoradas, extensos sistemas de almacenamiento de datos o imanes superconductores más potentes para la levitación de trenes de alta velocidad, informa la Universidad de Rutgers en un comunicado.

Este avance teórico, publicado por Nature, ha despertado el interés de científicos de todo el mundo. Además, el artículo es uno de los pocos trabajos teóricos que Nature ha aceptado publicar, dado que la revista normalmente solo saca a la luz resultados derivados de experimentación en laboratorio.

Sobre este avance, Piers Coleman, profesor de física y astronomía de dicha Universidad y uno de los autores de la investigación, señala: «Los científicos han observado cierto comportamiento (en este material) durante 25 años, pero hasta ahora no se había encontrado una explicación”.

Orden oculto en las propiedades magnéticas

Coleman se refiere al hecho de que cuando este material –llamado URu2Si2- se enfría a 17,5º por encima del cero absoluto (a unos gélidos -255ºC aproximadamente), el flujo de electricidad que pasa a través de él cambia sutilmente.

A esas temperaturas, el URu2Si2 actúa esencialmente como una versión electrónica de las gafas de sol polarizadas, añade Coleman: sus electrones, que se comportan como pequeños imanes, normalmente pueden apuntar en cualquier dirección.

Pero cuando fluyen a través del material enfriado, sus campos magnéticos se alinean con el eje del cristal del material. Este efecto proviene de un nuevo tipo de orden oculto, o simetría, en las propiedades magnéticas y electrónicas del URu2Si2, señalan los investigadores.

Dado que los cambios en este tipo de orden son los que hacen que los cristales líquidos, los materiales magnéticos y los superconductores trabajen y lleven a cabo funciones útiles, «nuestro entendimiento de esta simetría resultará vital para comprender cómo desarrollar los materiales para beneficiarnos de ellos», continúa Coleman.

Descubrimientos similares se han llevado a tecnologías como las pantallas de cristal líquido, que ahora están en todos los televisores de pantalla plana, los ordenadores y los teléfonos inteligentes, aunque los científicos se apresuran a reconocer que su descubrimiento teórico no va a transformar los productos tecnológicos de la noche a la mañana.

Potenciales aplicaciones

El ‘orden oculto’ descrito por Coleman y sus colaboradoras, Premala Chandra, de Rugter, y Rebecca Flint, del MIT, fue hallado en un compuesto de uranio, rutenio y silicio.

El uranio es comúnmente conocido por ser un combustible de los reactores nucleares o material para armas, pero en este caso los físicos lo han valorado como un metal pesado con electrones que se comportan de manera diferente que los de los metales comunes.

Experimentos recientes sobre este material llevados a cabo en el National High Magnetic Field Laboratory de Los Alamos National Laboratory de Nuevo México proporcionaron nuevos datos que permitieron a los científicos afinar su teoría.

“Hemos llamado a nuestro nuevo orden fundamental “hastatic order”, por la palabra griega que significa ‘lanza’”, explica por su parte Chandra, que también es profesora de física y astronomía en Rutger. Este nombre refleja las propiedades altamente ordenadas de este material y su efecto sobre los electrones oscilantes que fluyen a través de él.

«Esta nueva categoría de orden puede abrir el mundo a nuevos tipos de materiales, imanes, superconductores y estados de la materia, con propiedades aún desconocidas», añade Chandra. Los científicos han predicho otros casos donde el orden ‘hastatic’ también podría aparecer, y están empezando a probar sus predicciones.

Referencia bibliográfica:

Premala Chandra, Piers Coleman, Rebecca Flint. Hastatic order in the heavy-fermion compound URu2Si2. Nature (2013). DOI: 10.1038/nature11820.