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Sunday, 16 August 2026dailybeirut.com
Tecnología y ciencia
Físicos del MIT visualizaron por primera vez la aparición y reconstrucción dinámica de dos ondas de densidad de carga distintas en erbio tritelururo, revelando mecanismos diferenciados de transición de fase electrónica.
Un experimento pionero ha permitido a los científicos observar directamente cómo surgen, desaparecen y se reconstituyen distintas fases electrónicas dentro de un material cuántico: un avance que podría contribuir a descifrar fenómenos complejos como la superconductividad.
El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) trabajó con erbio tritelururo, un material de tierras raras cuyos electrones pueden organizarse espontáneamente en patrones ondulatorios denominados ondas de densidad de carga (CDW, por sus siglas en inglés). El estudio demostró que estas dos fases electrónicas no emergen de forma idéntica: una se desarrolla de manera continua y homogénea, mientras que la otra aparece inicialmente en regiones aisladas que luego se expanden progresivamente.
Los resultados, publicados en la revista Nature Physics, ofrecen pistas clave sobre el origen e interacción de estados electrónicos complejos —como la superconductividad y el magnetismo— en materiales cuánticos. En condiciones normales, los electrones del erbio tritelururo se distribuyen de forma relativamente uniforme. Sin embargo, al enfriar el material, dichos electrones se coordinan colectivamente para formar un patrón periódico conocido como onda de densidad de carga.
Esta onda puede concebirse como un paisaje electrónico en el que ciertas zonas concentran más electrones y otras menos. Lejos de actuar de forma independiente, grandes conjuntos de electrones sincronizan su comportamiento para alcanzar un estado ordenado. Lo particular del erbio tritelururo radica en su capacidad para alojar dos ondas de densidad de carga distintas.
La primera, dominante, emerge cuando el material se enfría hasta aproximadamente −8 °C y se extiende principalmente en una sola dirección. Al reducir aún más la temperatura —hasta unos −113 °C— aparece una segunda onda orientada perpendicularmente a la primera. El resultado es un patrón electrónico equivalente a un tablero de damas: dos estructuras ordenadas coexistiendo simultáneamente en el mismo volumen material. Para los físicos, esto plantea una interrogante central: ¿cómo se origina efectivamente esta segunda fase?
¿Aparece de forma instantánea y global? ¿Se desarrolla de manera gradual? ¿O comienza en un punto específico y se propaga desde allí? Hasta ahora, responder esa pregunta había resultado extremadamente difícil.
Para explorar ese proceso, el equipo del MIT enfrió muestras de erbio tritelururo de grosor atómico hasta cerca de −230 °C, temperatura a la que ambas ondas de densidad de carga pueden coexistir. Luego aplicó una técnica láser de bombeo y sonda altamente sofisticada.
El primer pulso láser actuó como una “sacudida”: perturbó o destruyó temporalmente el patrón electrónico en forma de tablero de damas. Tras un retardo cuidadosamente controlado, un segundo pulso láser impactó sobre el material, expulsando electrones de la muestra.
Al medir la energía y el momento de esos electrones emitidos, los investigadores reconstruyeron instantáneas del interior del material mientras su orden electrónico se restablecía. En términos sencillos, alteraron el sistema y luego registraron su recuperación. Como explicó el físico del MIT Nuh Gedik, el método consiste en “sacudir” el sistema y después “escuchar” su respuesta. Esto proporcionó al equipo un recurso especialmente valioso: la posibilidad de observar por separado la dinámica de cada una de las dos fases electrónicas.
El experimento arrojó un hallazgo inesperado. La onda de densidad de carga dominante volvió de forma gradual y uniforme. Incluso bajo una perturbación intensa, el orden electrónico se reconstruyó de manera continua y homogénea en toda la muestra.
Este comportamiento recuerda una transición de fase bien conocida: la transición de segundo orden. Los investigadores lo comparan con la pérdida progresiva del magnetismo en un material al calentarlo: no hay aparición repentina de grandes regiones aisladas, sino un cambio continuo del orden. En cambio, la segunda onda de densidad de carga —la subdominante— exhibió un comportamiento radicalmente distinto.
