La intuición y hasta la lógica indican que, cuando se conocen las características microscópicas (el universo atómico por llamarlo de algún modo) de un material, es posible predecir cómo se comportará y qué propiedades tendrá a nivel macroscópico. Así, ver a escala cuántica la estructura del grafeno, por ejemplo, nos debería dar información acerca de su capacidad magnética o conductora. Pues no siempre es así.
Un equipo de científicos de la Universidad Complutense de Madrid (UCM)-Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT), del University College of London (UCL), y de la Universidad Técnica de Múnich han demostrado que disponer de una descripción completa de las propiedades microscópicas de un material no garantiza que se pueda predecir su comportamiento macroscópico.
Uno de los responsables del trabajo es David Pérez García, matemático del ICMAT que en el momento de publicarse la investigación en Nature, se encontraba en Munich, reunido con el resto del equipo, Toby S. Cubitt (UCL) y Michael M. Wolf, para decidir los siguientes pasos. Y desde allí, nos relata la importancia del estudio.
“El problema que estudiamos es el del gap espectral – explica a Quo, Pérez García – básicamente la energía necesaria para transferir un electrón de un estado de baja energía a un estado excitado. Comenzamos trabajando con sistemas a 0 grados Kelvin y aumentamos la temperatura muy poco para ver los cambios. Pequeñas variaciones, un grado más o menos, pueden generar propiedades diferentes. El gap espectral controla precisamente la estabilidad de las propiedades del sistema frente a estas pequeñas variaciones». Para comprender un poco mejor el gap espectral y los cambios de estado provocados por la energía, es como si estudiáramos el espectro electromagnético y pudiéramos usar energía para transformar los infrarrojos en ultravioletas, ondas no muy alejadas entre sí pero con propiedades claramente diferenciadas. “No está mal, – responde Pérez García – en ese símil, el gap espectral correspondería con la diferencia de energía entre las ondas ultravioletas y las infrarrojas. El problema es que hay algunos sistemas de los cuales conocemos todas estas variaciones, hay otros de los que conocemos bastante y aquellos de los que no podemos conocer nada. Hemos descubierto que no existe un método general para determinar si un sistema descrito mediante la mecánica cuántica tiene o no tiene gap espectral”.
La cara positiva de este hallazgo es que “si bien siempre habrá interacciones microscópicas cuyo comportamiento no podremos entender, nuestro trabajo también predice la existencia de materiales con propiedades totalemente nuevas– concluye Pérez –. Por ejemplo, materiales que detectan su tamaño y basta un átomo, un solo átomo, para que se conviertan en magnéticos. O dejen de serlo”. Este comportamiento tan exótico a nuestros ojos puede tener implicaciones importantes en las futuras tecnologías cuánticas y abrir nuevas puertas en el diseño de materiales.
A veces, un enigma que no tiene solución puede ser una buena noticia.
Juan Scaliter
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