Varios científicos llevan trabajando más de 50 años en la creación de un supersólido. Este equipo de físicos austriacos ha producido por primera vez un supersólido bidimensional en el laboratorio. La investigación fue publicada en Nature.
Hace 2 años, los físicos crearon con éxito supersólidos utilizando átomos magnéticos ultrafríos, pero solo en una dimensión. Ahora, han creado una estructura cristalina en 2D. El resultado permitirá a los físicos probar y experimentar con algunos de los fenómenos de ciencia de materiales más extraños que existen.
Supersólidez
Los supersólidos son materiales extraños con átomos dispuestos en la estructura ordenada de un sólido, pero pueden fluir sin fricción, como un superfluido, “[al igual que] un cubo de hielo sumergido en agua líquida, con un flujo de agua sin fricción a través de él”, explica el físico Bruno Laburthe-Tolra del Laboratorio de Física Láser en París.
Esta extraña dualidad significa que los supersólidos son un estado mecánico cuántico de la materia. De manera similar a otros fenómenos cuánticos, las partículas en un estado supersólido están encerradas en una estructura sólida rígida, aunque también deslocalizadas al mismo tiempo. Esto les permite comportarse como una onda y fluir libremente, sin fricción con el sólido.
La supersolidez se predijo por primera vez en 1969 y se ha estudiado durante mucho tiempo en el helio superfluido. Éste se consideró el mejor candidato para encontrar evidencia de una estructura sólida, similar a un cristal, con las propiedades de un superfluido. No obstante, pese a décadas de investigación, la supersolidez en el helio sigue siendo esquiva.
Propiedades cuánticas
Recientemente, los científicos han centrado su atención en los gases cuánticos ultrafríos: nubes de átomos fuertemente magnéticos que se enfrían hasta cerca del cero absoluto. El magnetismo de estos átomos significa que interactúan de formas únicas que pueden conducir a este extraño estado mecánico cuántico de supersolidez.
“Normalmente, uno pensaría que cada átomo se encontraría en una gota específica, sin forma de interponerse entre ellos”, dice el físico Matthew Norcia de la Universidad de Innsbruck. “Sin embargo, en el estado supersólido, cada partícula está deslocalizada a través de todas las gotas, existiendo simultáneamente en cada gota. Entonces, básicamente, tienes un sistema con una serie de regiones de alta densidad que comparten los mismos átomos deslocalizados.”
El equipo austriaco ha sido uno de varios en crear una cadena de gotas a lo largo de una dimensión que demostró supersolidez en 2019. Aun así, necesitaban modificar su modelo magnético para crear una versión 2D, con dos o más filas de gotas. Este último logro abre los fenómenos que se pueden estudiar con las extrañas nubes de gas.
“Por ejemplo, en un sistema supersólido bidimensional, es posible analizar cómo se forman los vórtices en el agujero entre varias gotas adyacentes”, señala Norcia. “Estos vórtices descritos en la teoría todavía no se han demostrado, pero representan una consecuencia importante de la superfluidez”, añade.
Más estudios
Existe aún mucho por aprender sobre este extraño gas cuántico supersólido. Los investigadores no están seguros de poder hacer un supersólido más grande, ya que el estado de la materia es increíblemente sensible a la trampa magnética que han creado.
A pesar de ello, el haber logrado crear el primer supersólido 2D es una gran hazaña en sí misma. Este avance conducirá a una mayor comprensión del mundo cuántico y con ello, el universo que nos rodea.