Hallan propiedades topológicas en materiales que se encuentran en un estado cuántico crítico
Un estudio internacional descubre que un material puede ser un semimetal topológico incluso en un estado cuántico crítico donde desaparece el concepto tradicional de partícula individual
El hallazgo implica que la topología puede ser una propiedad emergente que surge de las fuertes interaccionesCanva
Iago Rodríguez
larazon.es/23.01.2026 13:42
Un descubrimiento revolucionario en el campo de la física cuántica está desafiando los principios fundamentales sobre los estados de la materia, un equipo de investigación internacional, con colaboradores en Austria y Estados Unidos, ha demostrado por primera vez que es posible hallar propiedades topológicas en un material que se encuentra en un estado crítico cuántico, un régimen donde las partículas o cuasipartículas individuales dejan de estar bien definidas.
Este hallazgo, publicado en la prestigiosa revista Nature Physics, obliga a redefinir teóricamente lo que se entiende por una "fase topológica" y abre una nueva vía para el diseño de materiales con propiedades exóticas.
La investigación se centró en el compuesto CeRu₄Sn₆, clasificado como un semimetal de fermiones pesados, cuando este material es enfriado a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, entra en un estado crítico cuántico.
En esta fase, las transiciones no están gobernadas por la temperatura, sino por parámetros como la presión o el campo magnético, y lo más extraordinario: las cuasipartículas, entidades clave para describir el comportamiento electrónico en los sólidos, se desvanecen.
La gran pregunta que abordó el estudio era cómo podrían existir propiedades topológicas, que tradicionalmente se describen usando el concepto de partículas y bandas electrónicas definidas, en un entorno tan caótico y deslocalizado.
Una firma experimental inesperada
La respuesta llegó a través de una medición clara: la detección de un efecto Hall espontáneo, este fenómeno, que genera un voltaje transversal en el material sin necesidad de aplicar un campo magnético externo, es una firma experimental característica de ciertos estados topológicos.
En CeRu₄Sn₆, este efecto surgió precisamente en el régimen de temperatura ultrabaja vinculado al estado crítico cuántico, confirmando la presencia de un orden topológico subyacente. Los datos mostraron que el efecto era intrínseco al material y no un artefacto experimental, con una señal cien veces más potente que la observada en otros materiales topológicos conocidos.
El hallazgo implica que la topología puede ser una propiedad emergente que surge de las fuertes interacciones y correlaciones colectivas entre electrones, incluso en ausencia de las partículas individuales bien definidas que la teoría convencional exige.
Los investigadores propusieron un nuevo marco teórico que utiliza funciones espectrales, en lugar del concepto de cuasipartículas, para identificar los cruces topológicos en el sistema. Este modelo respaldó perfectamente los datos experimentales, mostrando que los nodos topológicos, similares a los puntos de Weyl, pueden persistir en este paisaje cuántico borroso.
El descubrimiento sugiere que las fluctuaciones extremas propias de un punto crítico cuántico no destruyen el orden topológico, sino que pueden ser el mecanismo que lo estabiliza, formando un "domo topológico" en el diagrama de fases del material.
Este avance no es solo una curiosidad teórica; redefine las reglas para buscar nuevos materiales con propiedades topológicas. Indica que los sistemas que presentan transiciones de fase cuántica, anteriormente estudiados por otros fenómenos, podrían albergar fases topológicas ocultas.
Esto abre un camino inexplorado para el diseño de materiales cuánticos con aplicaciones potenciales en tecnologías de próxima generación, como la espintrónica o la computación cuántica tolerante a fallos, donde la robustez de los estados topológicos es de un valor incalculable.
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