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El descubrimiento de una nueva clase de transición cuántica abre el camino para un nuevo subcampo de la física de materiales y las tecnologías cuánticas.

Esta semana un artículo en Nature Physics informa de los resultados de las propiedades cuánticas de cristales ferroeléctricos, dirigido por Stephen Rowley, junto con Siddharth Saxena y Gilbert Lonzarich del Laboratorio Cavendish. Exploran un nuevo tipo de transición de fase cuántica en estos materiales aparentemente «inertes».

Las transiciones de fase cuánticas son sutilmente diferente de las familiares transiciones de fase clásicas de los cuales un ejemplo sería la congelación del agua o la fusión del hielo cuando su temperatura varía. En esa transición, se transforma la materia en un estado más o menos ordenado en función de si su temperatura se reduce o se incrementa. Sin embargo, si la temperatura se fija hipotéticamente en el cero absoluto y otro parámetro, tal como la presión se aplica para llevar a cabo una transición, se produciría sin ningún cambio en la entropía, es decir, sería una transición «de orden a orden». En las proximidades de una transición de fase con entropía cero, se encuentra a menudo la aparición de la superconductividad u otras formas de nuevo orden cuántico.

Los ferroeléctricos son materiales que comprenden dipolos eléctricos en las celdas de la unidad de la red cristalina. Debido a las interacciones entre ellos, estos dipolos se pueden alinear resultando campos eléctricos ordenados que impregnan el cristal. Mediante el uso de la presión, química, o sustitución isotópica, los ferroeléctricos se pueden modular en un régimen crítico cuántico donde existen fluctuaciones dipolares en un espacio de cuatro dimensiones eficaz y surgen debido a la criticidad de  vibraciones polares  cuantificados de la red. Esta física es muy diferente a la encontrada en otros sistemas críticos cuánticos que se centran en espín electrónico o grados de  libertad. Curiosamente el espectro de fluctuación que se encuentra en ferroeléctricos críticos cuánticos es el mismo que en los modos de partículas elementales que se propagan en tres dimensiones espaciales más una dimensión de tiempo.

Fuente: «Ferroelectric quantum criticality.» S. E. Rowley, et al. Nature Physics (2014) DOI: 10.1038/nphys2924 . Received 04 January 2013 Accepted 14 February 2014 Published online 30 March 2014