Físicos del MIT han observado un nuevo y extraño tipo de transición en los cristales electrónicos

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Físicos del MIT han observado un nuevo y extraño tipo de transición en los cristales electrónicos

Imagen referencial (Wikimedia Commons)

Los cambios de temperatura pueden provocar transiciones de fase en los materiales, como cuando el agua se solidifica con el frío. No obstante, en algunos casos la temperatura que desencadena el cambio es diferente. Ahora, un equipo de científicos cree haber descubierto un ejemplo completamente nuevo de este fenómeno.

El nombre de este fenómeno es ciclo de histéresis y el descrito en la investigación publicada en Physical Review Letters es muy particular. Requiere un sólido cristalino compuesto en capas llamado EuTe4. Además, necesita rangos de temperatura enormes y una pista de un kilómetro de largo para disparar partículas cargadas de rápido movimiento.

Los autores detectaron que el bucle de histéresis para EuTe4 cubría un rango de temperatura gigante de al menos 400 Kelvin. Esto es mucho más que el rango habitual para un sólido cristalino como este, que normalmente solo sería de decenas de Kelvin como máximo.

«Este hallazgo llamó nuestra atención de inmediato. Nuestra caracterización experimental y teórica combinada de EuTe4 desafía la sabiduría convencional sobre el tipo de transiciones histerésicas que pueden ocurrir en los cristales», señaló el físico Baiqing Lyu del MIT.

El trabajo 

Sin embargo, no hubo cambios en la estructura electrónica o de red en el material a lo largo del rango de temperatura que se midió. Esto no es como deberían funcionar las transiciones de fase en los cristales.

Si bien es pronto para este descubrimiento, el equipo tiene algunas ideas sobre lo que está sucediendo. La forma particular en que se organizan los electrones en EuTe4 hace que se forme un cristal electrónico secundario. Podría ser que a medida que esta segunda capa se mueve y cambia, crea diferentes configuraciones en el bucle de histéresis.

A painted cartoon of a mountain with paths leading up and down and stick figures on the paths
Caricatura ilustrando una histéresis / Xinyue Lu

Otros experimentos mostraron que los investigadores podían variar significativamente la resistencia eléctrica del material enfriando o calentando los cristales. Esta es otra indicación de que algo extraño e inesperado estaba sucediendo.

«Esta observación nos indica que la propiedad eléctrica del material de alguna manera tiene un recuerdo de su historia térmica y, microscópicamente, las propiedades del material pueden retener las características de una temperatura diferente en el pasado», explica Alfred Zong del MIT.

Aplicaciones 

Esta “memoria térmica” puede usarse como un registrador de temperatura permanente y abre todo un abanico de posibilidades. Una de las formas en que los científicos podrían usar esto es medir la resistencia eléctrica de EuTe4 a temperatura ambiente. Luego, a partir de ahí, deducir la temperatura más fría o más caliente que el material haya experimentado previamente.

Es posible que el trabajo se amplíe aún más para observar otros sólidos y cómo cambian cuando se exponen a rangos de temperatura extremos. Podría ser particularmente prometedor en términos de obtener un mayor control sobre los materiales utilizados en los interruptores y la memoria de las computadoras.

Antes de ello se necesita más investigación. El equipo sospecha que hay más por descubrir más allá del rango de 400 Kelvin (el límite de su configuración). Después de más análisis, la histéresis también podría controlarse de otras formas además de cambiar la temperatura.

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