El físico Lu Li de la Universidad de Michigan está a la vanguardia de un descubrimiento intrigante que desafía la comprensión convencional en el campo de los materiales avanzados. En colaboración con un equipo internacional de investigadores, los hallazgos de Li, publicados recientemente en Physical Review Letters, iluminan las peculiaridades de las oscilaciones cuánticas, un efecto típicamente observado en los metales pero ahora descubierto en los aislantes, materiales que antes se pensaba que eran incapaces de conducir electricidad o calor.
Las oscilaciones cuánticas surgen cuando los electrones de la materia se comportan como pequeños resortes que responden a campos magnéticos. Al cambiar la fuerza de estos campos magnéticos, los investigadores pueden influir en el movimiento de estos “resortes de electrones”. Históricamente limitada a metales conductores, la observación de oscilaciones similares en aisladores ha llevado a un debate entre los científicos sobre su origen: si se originan en la superficie o en la mayor parte (el interior del material) de estos materiales.
Para resolver este misterio, Li y sus colegas utilizaron instalaciones del Laboratorio Nacional de Campo Magnético, que alberga algunos de los imanes más potentes del mundo. Sus resultados experimentales confirmaron que las oscilaciones observadas no son sólo un fenómeno superficial, sino que están incrustadas en una mayor parte del material.
Aunque las implicaciones de sus hallazgos son algo confusas, Li expresó una combinación de entusiasmo y frustración. “Me gustaría saber qué hacer con ello, pero en este momento no lo sabemos”, comentó, enfatizando la singularidad de su evidencia experimental de un fenómeno sorprendente que aún no puede entenderse completamente ni usarse para aplicaciones prácticas.
El esfuerzo de colaboración implicó la colaboración de más de una docena de científicos de seis instituciones en los Estados Unidos y Japón, incluido el investigador asociado Kuan-Wen Chen y estudiantes de posgrado de la Universidad de Michigan. Respondiendo a una pregunta de larga data sobre el origen de las oscilaciones, Chen aclaró el significado de su avance, afirmando: “Nos complace proporcionar evidencia clara de que es a la vez masivo y subyacente”.
Li cita este descubrimiento como parte de un “nuevo dualismo” en física, un concepto diferente del dualismo histórico que caracterizaba a la luz y la materia como ondas y partículas. Esta dualidad moderna se relaciona con materiales que exhiben simultáneamente las propiedades de conductores y aislantes. La investigación se centró específicamente en un compuesto llamado boruro de iterbio (YbB12), que fue sometido a campos magnéticos inusualmente altos de hasta 35 Tesla, mucho más fuertes que los campos utilizados en las máquinas de resonancia magnética médica.
Esto desafía las suposiciones anteriores sobre las propiedades de la superficie de los materiales conductores, explicó Lee: “Es un compuesto completo que se comporta como un metal aunque sea un aislante”. Aunque este fenómeno sólo se manifiesta en condiciones magnéticas extremas, motiva una mayor investigación del comportamiento físico a nivel cuántico.
El equipo de investigación tiene la esperanza de que sus hallazgos estimulen una exploración experimental y teórica adicional, particularmente en lo que respecta a la naturaleza de las partículas neutras responsables de las oscilaciones observadas. El proyecto recibió el apoyo de varias instituciones prestigiosas, incluido el Instituto de Materia Adaptativa Compleja y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, lo que refleja el interés generalizado en desbloquear los misterios que rodean a estos “metales locos” y sus propiedades inusuales.
