Pulsos de luz crean una nueva fase imposible de obtener con calor
Un experimento revela cómo un cristal de perovskita puede cambiar su simetría atómica en billonésimas de segundo, abriendo la puerta a tecnologías solares y cuánticas inéditas
Sergio Parra, Periodista científico
muyinteresante.okdiario.com/6.06.2026
Un equipo de científicos ha confirmado que pulsos ultrarrápidos de luz pueden generar un modo de Higgs en un semiconductor de perovskita, impulsando una fase cristalina de mayor simetría que no puede alcanzarse simplemente calentando el material. El hallazgo, publicado en Nature Materials, demuestra que la luz puede reorganizar la estructura interna de ciertos materiales de formas hasta ahora consideradas inalcanzables.
La investigación, liderada por especialistas del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos, ofrece una nueva perspectiva sobre cómo controlar las propiedades electrónicas y ópticas de los materiales mediante luz. Más allá de la física fundamental, el descubrimiento podría influir en el desarrollo de células solares más eficientes, sensores avanzados y futuras tecnologías cuánticas.
Como una superficie aparentemente inmóvil que esconde un océano de corrientes invisibles, los cristales estudiados revelan que el mundo atómico está lejos de ser estático. Bajo determinadas condiciones, los átomos dejan de vibrar al azar y comienzan a moverse de manera coordinada, creando patrones colectivos capaces de transformar por completo la naturaleza del material.
El sorprendente modo de Higgs que aparece dentro de un cristal
Uno de los aspectos más llamativos del estudio es la observación de un denominado “modo de Higgs” dentro de un semiconductor, algo que nunca se había demostrado experimentalmente en este tipo de materiales. Aunque el nombre recuerda al famoso bosón de Higgs descubierto en física de partículas, aquí el concepto describe una oscilación colectiva relacionada con la simetría interna de un sistema.
Para comprenderlo, los investigadores recurren a una imagen sencilla: imaginar una pelota situada en la cima de una colina perfectamente simétrica. Cualquier perturbación hará que la pelota ruede hacia una posición más estable. En ese proceso, la simetría original se rompe espontáneamente.
Para comprenderlo, los investigadores recurren a una imagen sencilla: imaginar una pelota situada en la cima de una colina perfectamente simétrica.
Los cristales de perovskita experimentan algo parecido. Aunque los modelos teóricos describen configuraciones altamente simétricas, en la naturaleza suelen adoptar estructuras menos ordenadas porque resultan energéticamente más favorables. Cuando la luz incide sobre ellos de una manera específica, el sistema es empujado temporalmente hacia un estado de mayor simetría.
Pero hay un detalle que desconcierta a los investigadores. La nueva fase inducida por la luz no aparece porque el material se caliente. Surge debido a una coordinación colectiva de vibraciones atómicas que reorganiza la estructura cristalina durante tiempos extremadamente breves. Esto significa que la luz puede actuar como una herramienta capaz de conducir la materia hacia estados completamente distintos de los obtenidos mediante métodos convencionales.
Imagen microscópica del tipo de cristal de perovskita utilizado en los experimentos. Bajo iluminación láser, el cristal emite la fluorescencia verde que se muestra aquí. La longitud de los granos visibles en la imagen es del orden de unos pocos cientos de micrómetros. Crédito: Laboratorio Nacional ArgonneCuando la luz hace “bailar” a los átomos
El experimento se realizó sobre cristales bidimensionales de yoduro de plomo y butilamonio, una perovskita halogenada especialmente atractiva para aplicaciones fotovoltaicas. Estos materiales son relativamente fáciles de fabricar y poseen propiedades ajustables que los convierten en candidatos destacados para la próxima generación de tecnologías solares.
Los científicos utilizaron pulsos láser ultrarrápidos con energías inferiores a la banda prohibida del semiconductor. En esas condiciones, la luz no genera excitaciones electrónicas convencionales. En lugar de ello, induce vibraciones colectivas de la red cristalina conocidas como fonones.
A medida que grupos de átomos comenzaban a oscilar, el ancho de banda prohibida del material fluctuaba periódicamente. En términos prácticos, el cristal cambiaba continuamente la energía de la luz que podía absorber. El fenómeno era tan intenso que los investigadores describieron el comportamiento como una oscilación del color del propio material.
El cristal se volvía momentáneamente más “rojo” y después más “azul”, una y otra vez, mientras atravesaba distintas configuraciones de simetría. Para detectar este efecto utilizaron una técnica espectroscópica extremadamente sensible capaz de registrar cambios ultrarrápidos en la estructura electrónica. Sin embargo, la verdadera sorpresa llegó al analizar los datos teóricos.
El cristal se volvía momentáneamente más “rojo” y después más “azul”, una y otra vez, mientras atravesaba distintas configuraciones de simetría.
Las oscilaciones no estaban gobernadas por una única vibración atómica, sino por dos modos diferentes que permanecían sincronizados entre sí. Los investigadores comparan este comportamiento con el sonido de un violín, donde varias frecuencias se combinan para producir una resonancia rica y coherente. Ese acoplamiento perfecto entre vibraciones es precisamente lo que da origen al modo de Higgs observado en el experimento.
Una nueva vía hacia la electrónica y la energía del futuro
La capacidad de modificar la simetría de un material mediante luz podría convertirse en una herramienta revolucionaria para la ingeniería cuántica. En física de materiales, pequeñas diferencias en la organización atómica pueden producir cambios gigantescos en propiedades como la conductividad eléctrica, la transparencia óptica o la capacidad de absorber energía.
El ejemplo clásico es el carbono. Dependiendo de cómo se organicen sus átomos, puede convertirse en diamante —duro y aislante— o en grafito, blando y conductor. La composición química es la misma; lo que cambia es la simetría.
En las perovskitas estudiadas, la luz empuja el sistema hacia una fase de mayor simetría y menor banda prohibida que la observada normalmente en reposo. Esto podría facilitar la absorción de una mayor fracción de la radiación solar y mejorar la eficiencia de futuros dispositivos fotovoltaicos. Otro aspecto especialmente relevante es la velocidad.
En las perovskitas estudiadas, la luz empuja el sistema hacia una fase de mayor simetría y menor banda prohibida que la observada normalmente en reposo.
Los cambios estructurales ocurren en escalas de picosegundos, es decir, en billonésimas de segundo. Si los científicos consiguen controlar este mecanismo de manera estable, podrían diseñarse interruptores ópticos ultrarrápidos capaces de alternar entre distintos estados electrónicos prácticamente a la velocidad de la luz. Pero existe una paradoja fascinante.
Cuando los investigadores iluminaron el material con energías superiores a la banda prohibida, las excitaciones electrónicas convencionales contrarrestaron el efecto Higgs. En lugar de reforzar la nueva fase, la alejaron de ella. Este resultado revela la delicada competencia entre luz, electrones y vibraciones atómicas que gobierna el comportamiento de los materiales cuánticos.
Los próximos pasos consistirán en intentar estabilizar estas fases inducidas por luz durante tiempos más prolongados. Si se consigue, podrían aparecer materiales con propiedades completamente nuevas, diseñadas a demanda mediante pulsos luminosos.
Como si la luz pudiera esculpir temporalmente la materia desde dentro, este descubrimiento muestra que los materiales aún guardan territorios inexplorados donde la simetría aparece y desaparece al ritmo de vibraciones invisibles. En esos instantes fugaces, que duran menos que un parpadeo atómico, podría estar escondida la próxima revolución de la electrónica y la energía.
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Referencias
Shukla, Ayushi, et al. “A Metastable Tetragonal Phase in Two-Dimensional Halide Perovskite Lattices Driven by a Coherent Higgs Mode.” Nature Materials (2026).https://doi.org/10.1038/s41563-025-02433-1.
Fuente de divulgación científica: Argonne National Laboratory. “Light Pulses Uncover Higgs Mode That Reshapes Perovskite Crystal Symmetry.”
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