Mitad hielo y mitad fuego: el extraño y nuevo estado de la materia que transformaría a la física
El hallazgo resulta fundamental para aplicaciones futuras en computación cuántica y almacenamiento de datos, con un enfoque en la manipulación del comportamiento magnético de materiales avanzados.
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Investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven descubrieron un nuevo estado de la materia denominado como “Mitad hielo y mitad fuego". Se trata de una fase revolucionaria donde espines electrónicos fríos y ordenados coexisten con otros calientes y caóticos que desafía los modelos clásicos de la física de la materia condensada.
El descubrimiento, encabezado por los físicos Weiguo Yin y Alexei Tsvelik, publicado en Physical Review Letters, revela una combinación única de orden y desorden magnético que permite una transición de fase abrupta a temperatura finita, un fenómeno considerado imposible bajo el tradicional modelo de Ising, vigente desde hace un siglo. Esta nueva perspectiva podría modificar los pilares de la física teórica y transformar el desarrollo de la tecnología cuántica.
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El potencial para la energía y tecnología de la información
La fase “mitad hielo mitad fuego” no solo representa un avance conceptual, sino que también ofrece aplicaciones prácticas. Su capacidad para generar cambios de estado ultra precisos a temperaturas accesibles resulta clave para futuras innovaciones en áreas como la computación cuántica, el almacenamiento de datos y la refrigeración magnética. Los investigadores destacan que estas transiciones magnéticas extremas podrían utilizarse en el diseño de espintrónica avanzada, mejorando el rendimiento de dispositivos que emplean el giro de los electrones en lugar de su carga.
Variación de la entropía magnética en el plano del campo magnético (h) en función de la temperatura (T). El punto negro a temperatura cero indica dónde aparece el estado "mitad fuego, mitad hielo". Foto: Brookhaven National Laboratory
El hallazgo permite una manipulación inédita del comportamiento magnético de los materiales magnéticos, algo que, según Yin, “responde a uno de los desafíos centrales de la ciencia de materiales: entender y controlar las fases emergentes”. Las condiciones extremas en las que coexisten estos espines opuestos podrían, además, brindar nuevas formas de almacenar información en sistemas cuánticos, superando los límites de la electrónica convencional.
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Una década de descubrimiento de la fase gemela
Este nuevo estado es la fase gemela de otra descubierta previamente por el mismo equipo: “mitad fuego, mitad hielo”. Identificada en 2016, surgió del análisis del compuesto Sr₃CuIrO₃, que contiene estroncio, cobre, iridio y oxígeno, y fue objeto de estudio desde 2012. En aquella ocasión, los científicos observaron cómo un campo magnético externo crítico inducía el desorden en los espines del cobre mientras mantenía ordenados los del iridio. La investigación fue publicada en Physical Review B.
Alexei Tsvelik (izquierda) y Weiguo Yin. Foto: Laboratorio Nacional Brookhaven
No obstante, permanecía sin resolver cómo podría aprovecharse este comportamiento. En años recientes, Yin y Tsvelik lograron descifrar una transición de fase prohibida, dando con una pista clave: existe un estado oculto donde los espines calientes y fríos intercambian roles. Así nació la denominación “mitad hielo, mitad fuego”, el complemento opuesto que reconfigura el entendimiento clásico de la física de fase.
El potencial de las grandes tecnologías: bits cuánticos y refrigeración
Las características únicas del modelo propuesto permiten conmutaciones ultrarrápidas entre fases, lo que resulta ideal para dispositivos que requieren cambios térmicos extremos y de alta precisión. Este fenómeno incluye un cambio de entropía magnética gigante, lo que sugiere un enorme potencial en tecnologías de refrigeración avanzada, más eficientes que las actuales.
Además, el equipo del Laboratorio Nacional de Brookhaven considera que estas fases podrían usarse como bits cuánticos, elementos fundamentales en la próxima generación de almacenamiento cuántico. “Exploraremos el fenómeno en sistemas con espines cuánticos y más grados de libertad, como carga y orbitales”, señaló Yin. La propuesta abre nuevas rutas hacia soluciones tecnológicas que aún parecían lejanas.
